stringtranslate.com

Нефотореалистичный рендеринг

Обычный шейдер (слева) и шейдер NPR с использованием cel-шейдинга (справа)

Нефотореалистичный рендеринг ( NPR ) — область компьютерной графики , которая фокусируется на обеспечении широкого разнообразия выразительных стилей для цифрового искусства, в отличие от традиционной компьютерной графики , ориентированной на фотореализм . NPR вдохновлен другими видами искусства, такими как живопись , рисунок , техническая иллюстрация и мультипликация . NPR появлялся в фильмах и видеоиграх в виде анимации с сел-шейдингом (также известной как « мультяшная » затенение), а также в научной визуализации , архитектурной иллюстрации и экспериментальной анимации . [ нужна цитата ]

История и критика термина

Считается, что термин «нефотореалистичный рендеринг» был придуман комитетом по документам SIGGRAPH 1990 года, который провел сессию под названием «Нефотореалистичный рендеринг». [1] [2]

Этот термин подвергся некоторой критике:

Первая конференция по нефотореалистичной анимации и рендерингу [ когда? ] включало обсуждение возможных альтернативных названий. Среди предложенных были «выразительная графика», «художественная визуализация», «нереалистичная графика», «художественная визуализация» и «психография». Все эти термины использовались в различных исследовательских работах по этой теме, но термин «нефотореалистичный», похоже, тем не менее прижился.

Первым техническим совещанием, посвященным NPR, был спонсируемый ACM Симпозиум по нефотореалистичному рендерингу и анимации (NPAR) в 2000 году. NPAR традиционно проводится совместно с Фестивалем анимационных фильмов в Анси, [3] который проводится в четные годы. Начиная с 2007 года, NPAR также начал работать по нечетным годам и располагался совместно с ACM SIGGRAPH . [4]

3D

Пример NPR, используемого для технических иллюстраций.

Трехмерное NPR — это стиль, который чаще всего встречается в видеоиграх и фильмах. Результатом применения этой техники почти всегда является 3D-модель , измененная по сравнению с исходной входной моделью для отображения нового художественного стиля. Во многих случаях геометрия модели идентична исходной геометрии, модифицируется только материал, нанесенный на поверхность. С увеличением доступности программируемых графических процессоров шейдеры позволили применять эффекты NPR к растровому изображению, которое должно отображаться на экране. [5] Большинство методов NPR, применяемых к трехмерной геометрии, предназначены для того, чтобы сцена выглядела двухмерной.

Методы NPR для 3D-изображений включают затенение целла и затенение Гуча .

Для рисования стилизованных контуров и штрихов из 3D-моделей можно использовать множество методов, включая перекрывающие контуры и наводящие контуры. [6]

Для повышения удобочитаемости наиболее полезные технические иллюстрации для технической коммуникации не обязательно должны быть фотореалистичными. Нефотореалистичные изображения, такие как покомпонентные диаграммы, очень помогают продемонстрировать расположение частей в сложной системе.

2D

Нефотореалистичная визуализация существующего 2D (фотографического) изображения.
Оригинал здесь

Входными данными для двумерной системы NPR обычно является изображение или видео. Выходные данные обычно представляют собой художественную визуализацию этих входных изображений (например, в акварельном, живописном или эскизном стиле), хотя некоторые 2D NPR служат нехудожественным целям, например, визуализации данных.

Художественная обработка изображений и видео (часто называемая стилизацией изображения [7] ) традиционно фокусируется на эвристических алгоритмах, которые стремятся имитировать расположение мазков кисти на цифровом холсте. [8]

Вероятно, самым ранним примером 2D NPR является « Рисование по номерам » Пола Хэберли на SIGGRAPH 1990. Это (и подобные интерактивные методы) предоставляют пользователю холст, на котором он может «рисовать» с помощью курсора — по мере того, как пользователь рисует. , на холсте раскрывается стилизованный вариант изображения. Это особенно полезно для людей, которые хотят имитировать мазки кисти разного размера в зависимости от разных областей изображения.

Впоследствии для автоматизации этого процесса и минимизации взаимодействия с пользователем в конце девяностых годов были использованы базовые операции обработки изображений с использованием операторов градиента [9] или статистических моментов [10] (хотя художественный контроль остается за пользователем посредством настройки параметров алгоритмов). Эта автоматизация позволила практическое применение 2D NPR к видео, впервые в живых картинах фильма « Куда приводят мечты» (1998).

Более сложные методы абстракции изображений были разработаны в начале 2000-х годов с использованием операторов компьютерного зрения, например, операторов заметности изображения [11] или сегментации [12] для управления размещением штрихов. Примерно в это же время машинное обучение начало влиять на алгоритмы стилизации изображений, особенно на аналогию изображений [13] , которые могли научиться имитировать стиль существующего произведения искусства.

Появление глубокого обучения возродило деятельность по стилизации изображений, в частности, с помощью алгоритмов нейронной передачи стилей (NST), которые могут имитировать широкий спектр художественных стилей на основе отдельных визуальных примеров. Эти алгоритмы лежат в основе мобильных приложений, способных на то же самое, например Prisma.

В дополнение к вышеупомянутым методам стилизации, родственный класс методов 2D NPR занимается моделированием художественных медиа. Эти методы включают моделирование диффузии чернил через различные виды бумаги , а также пигментов через воду для имитации акварели .

Художественный рендеринг

Художественный рендеринг — это применение стилей визуального искусства к рендерингу. В фотореалистичных стилях рендеринга упор делается на точное воспроизведение света и тени, а также свойств поверхности изображаемых объектов, композиции или других более общих качеств. Когда акцент делается на уникальные стили интерпретативного рендеринга, визуальная информация интерпретируется художником и отображается соответствующим образом с использованием выбранного художественного средства и уровня абстракции в абстрактном искусстве . В компьютерной графике стили интерпретирующей рендеринга известны как нефотореалистичные стили рендеринга, но могут использоваться для упрощения технических иллюстраций . Стили рендеринга, сочетающие фотореализм с нефотореализмом, известны как гиперреалистичные стили рендеринга.

Известные фильмы и игры

В этом разделе перечислены некоторые плодотворные варианты использования методов NPR в фильмах, играх и программном обеспечении. См. анимацию с сел-шейдингом, чтобы увидеть список вариантов использования мультяшной затенения в играх и фильмах.

Рекомендации

  1. ^ Баскетт, Форест (1990). Материалы 17-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '90 . дои : 10.1145/97879. ISBN 978-0-201-50933-5. S2CID  12199502.[ нужна страница ]
  2. ^ Шофилд, Саймон (март 1994 г.). Нефотореалистичный рендеринг: критический анализ и предлагаемая система (Диссертация).
  3. ^ "Официальный сайт фестиваля и международного рынка анимационных фильмов в Анси" . www.annecy.org . Проверено 20 апреля 2018 г.
  4. ^ «Архивная копия». siggraph.org . Архивировано из оригинала 21 декабря 1996 года . Проверено 13 января 2022 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  5. ^ Дрю, Кард (2002). «Нефотореалистичный рендеринг с помощью пиксельных и вершинных шейдеров». В Энгеле, Вольфганг Ф. (ред.). Direct3D Shaderx: советы и приемы вершинных и пиксельных шейдеров . 87Библиотека разработчиков игр Wordware. Издательство Wordware. стр. 319–333. CiteSeerX 10.1.1.360.918 . ISBN  978-1-55622-041-8.
  6. ^ Бенар, Пьер; Герцманн, Аарон (2019). «Линейные рисунки из 3D-моделей: Учебное пособие». Основы и тенденции в компьютерной графике и зрении . 11 (1–2): 1–159. arXiv : 1810.01175 . дои : 10.1561/0600000075. S2CID  52912187.
  7. ^ Розин, Пол; Колломос, Джон, ред. (2013). Художественная стилизация изображений и видео . Вычислительная визуализация и зрение. Том. 42. дои : 10.1007/978-1-4471-4519-6. ISBN 978-1-4471-4518-9. S2CID  40656135.[ нужна страница ]
  8. ^ Киприанидис, Ян Эрик; Колломос, Джон; Ван, Тинхуай; Айзенберг, Тобиас (май 2013 г.). «Состояние «искусства»: таксономия методов художественной стилизации изображений и видео» (PDF) . Транзакции IEEE по визуализации и компьютерной графике . 19 (5): 866–885. дои : 10.1109/TVCG.2012.160. PMID  22802120. S2CID  2656810.
  9. ^ Литвинович, Питер (1997). «Обработка изображений и видео для импрессионистического эффекта». Материалы 24-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '97 . стр. 407–414. дои : 10.1145/258734.258893. ISBN 978-0-89791-896-1. S2CID  13139308.
  10. ^ Сираиси, Мичио; Ямагучи, Ясуши (2000). «Алгоритм автоматического живописного рендеринга, основанный на аппроксимации изображения из локального источника». Материалы первого международного симпозиума по нефотореалистичной анимации и рендерингу - NPAR '00 . стр. 53–58. дои : 10.1145/340916.340923. ISBN 978-1-58113-277-9. S2CID  16915734.
  11. ^ Колломосс, JP; Холл, премьер-министр (2002). «Живописная визуализация с использованием выразительности изображения». Материалы 20-й конференции Eurographics UK . стр. 122–128. CiteSeerX 10.1.1.7.5383 . дои : 10.1109/EGUK.2002.1011281. ISBN  978-0-7695-1518-2. S2CID  9610948.
  12. ^ Гуч, Брюс; Кумб, Грег; Ширли, Питер (2002). «Художественный взгляд». Материалы второго международного симпозиума по нефотореалистичной анимации и рендерингу - NPAR '02 . п. 83. CiteSeerX 10.1.1.10.1761 . дои : 10.1145/508530.508545. ISBN  978-1-58113-494-0. S2CID  1146198.
  13. ^ Герцманн, Аарон; Джейкобс, Чарльз Э.; Оливер, Нурия; Керлесс, Брайан; Салезин, Дэвид Х. (2001). «Изобразительные аналогии». Материалы 28-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '01 . стр. 327–340. CiteSeerX 10.1.1.119.5127 . дои : 10.1145/383259.383295. ISBN  978-1-58113-374-5. S2CID  2201072.
  14. ^ Брусси, Артур; Сараев, Андрей; Чир, Уильям (2020). «Вот и подошло: ретроспектива рендеринга Manifold Garden». Доклады конференции специальной группы по компьютерной графике и интерактивным технологиям . стр. 1–2. дои : 10.1145/3388767.3407385. ISBN 978-1-4503-7971-7. S2CID  221178781.

дальнейшее чтение

Некоторые ключевые документы в развитии NPR:

Внешние ссылки