Volumen-Rendering

Volumen-Rendering: Erstellen komplexer und beeindruckender Bilder

Verleihen Sie Ihren VFX- und Animationsprojekten mit 3D-Volumen-Rendering Realismus und Tiefe. Erfassen Sie komplexe Strukturen und Eigenschaften für eine neue Dimension der Visualisierungen.

CGI-Rendering einer Fläche im Profil, die durch Volumen-Rendering fantastisch vergrößert wurde.
Die Techniken des Volumen-Renderings können auf Polynetz-Volumenkörperobjekte angewendet werden, um überzeugende Bilder zu generieren.

Was ist Volumen-Rendering?

Volumen-Rendering ist eine Computergrafiktechnik zur Visualisierung von 3D-Datensätzen. Dabei arbeiten Sie direkt mit volumetrischen Daten, die als 3D-Rasterwerte dargestellt und als Voxel bezeichnet werden.

Vier Renderings derselben Wolke mit unterschiedlichen angewendeten Effekten.
Die Einstellungen der Volumen-Rendering-Software, wie z. B. Beleuchtung, Strahlentiefe und Schattierung, können angepasst werden, um unterschiedliche Effekte zu erzielen.

Ein tieferer Einblick in die Funktionsweise des Volumen-Renderings

Das Volumen-Rendering ist eine wichtige Technik für visuelle Effekte (VFX) (Englisch) und Animationen (Englisch), mit der Künstler komplexe volumetrische Phänomene wie Rauch, Feuer, Wolken und Nebel mit verblüffender Wirklichkeitstreue erstellen und visualisieren können. Im Gegensatz zum herkömmlichen Oberflächen-Rendern, das mithilfe von Polygonen und Netzen lediglich die Oberflächen von Objekten darstellt, werden beim 3D-Volumen-Rendern die komplexen internen Strukturen und Eigenschaften dieser Phänomene erfasst, was zu beeindruckenden und ansprechenden visuellen Erlebnissen führt. Diese Funktion bedeutet für die Branche einen entscheidenden Fortschritt und ermöglicht die Schaffung von dynamischeren und realistischeren Effekten.

Das Volumen-Rendering umfasst mehrere zentrale Algorithmen, einschließlich Strahlenfang, Texturschnitt und Volumenstrahlenverfolgung:

  • Beim Strahlenfang werden virtuelle Lichtstrahlen vom Auge des Betrachters (bzw. dem Brennpunkt der Kamera) durch das Volumen geschickt und Voxel-Beispieldaten erstellt, um Farb- und Opazitätswerte zu akkumulieren.
  • Texturschnitte teilt das Volumen in mehrere 2D-Texturen auf, die anschließend verschmolzen werden, um das endgültige Bild zu erzeugen.
  • Bei der Volumenstrahlenverfolgung, einer Erweiterung des Strahlenfangs, werden Lichtstrahlen schrittweise durch das Volumen gesandt, um verfeinerte Beispieldaten zu erhalten, wodurch die Renderqualität verbessert wird.

Der entscheidende Unterschied zwischen dem Volumen-Rendering und dem herkömmlichen Oberflächen-Rendering liegt in ihren Ansätzen zur 3D-Datenvisualisierung. Beim Oberflächen-Rendering liegt der Schwerpunkt auf externen Oberflächen. Dabei werden Techniken wie Rasterung und Raytracing verwendet, um diese Oberflächen auf einen 2D-Bildschirm zu projizieren. Im Gegensatz dazu arbeitet das Volumen-Rendering mit volumetrischen Daten, die als 3D-Raster von Voxeln dargestellt werden. Diese Methode ermöglicht die Visualisierung interner Strukturen, wodurch sie für das Rendern halbtransparenter Materialien und volumetrischer Effekte unerlässlich ist.

Die Technologie hinter Volumen-Renderern

Erkundung von GPU-basiertem Rendering und Echtzeit-Visualisierung

Volumen-Renderer nutzen fortschrittliche Technologien zur Visualisierung komplexer 3D-Datensätze und spielen eine entscheidende Rolle bei visuellen Effekten und Animationen. Eine der wichtigsten Erweiterungen ist das GPU-basierte Rendering (Graphics Processing Unit), das durch die Nutzung der Parallelverarbeitungsfunktionen der Technologie eine Visualisierung in Echtzeit unterstützt. Dies ermöglicht die interaktive Untersuchung und Bearbeitung volumetrischer Daten, die für Echtzeitanwendungen, wie medizinische Bildverarbeitung und wissenschaftliche Visualisierungen, sowie für die Erstellung dynamischer visueller Effekte in der VFX-Produktion unerlässlich sind.

 

Die Rolle der Shader

Shader (Englisch) sind ein integraler Bestandteil der GPU-Rendering-Pipeline. Sie berechnen Scheitelpunkt- und Pixeldaten. Beim Volumen-Rendern verarbeiten Scheitelpunktshader die Geometrie, die das Volumen darstellt, während Fragmentshader pixelabhängige Vorgänge wie die Sammlung von Voxelbeispieldaten, die Interpolation und die Anwendung von Übertragungsfunktionen ausführen. Diese Shader bestimmen die endgültige Farbe und Opazität jedes Pixels und erzeugen so genauere und qualitativ hochwertigere Visualisierungen von volumetrischen Effekten.

 

Übertragungsfunktionen, Interpolation und Visualisierungsstrategien

Zu den grundlegenden Techniken beim Volumen-Rendern gehören Übertragungsfunktionen, Interpolation und verschiedene Visualisierungsstrategien. Übertragungsfunktionen ordnen optischen Eigenschaften wie Farbe und Opazität die jeweiligen Voxeldaten zu und heben dabei bestimmte Merkmale innerhalb des Volumens hervor. Interpolationsmethoden wie die trilineare Interpolation bieten glatte Übergänge zwischen Voxelwerten. Visualisierungsstrategien wie Strahlenfang, Texturschnitte und Volumenstrahlverfolgung ermöglichen ein detailliertes, präziseres Rendering interner Strukturen in volumetrischen Daten.

 

Vorteile des Volumen-Renderings

Volumen-Rendering bietet VFX-Artists und Animatoren unschätzbare Vorteile, darunter:

Realistische Visualisierung

Das Volumen-Rendering eignet sich hervorragend für die Visualisierung komplexer Phänomene wie Rauch, Feuer und Wolken und erfasst komplexe innere Strukturen für beeindruckende und ansprechende visuelle Effekte.

 

Darstellung der internen Struktur

Im Gegensatz zum Oberflächen-Rendering werden beim Volumen-Rendering ganze Volumina visualisiert, weshalb es für Anwendungen wie die medizinische Bildverarbeitung unerlässlich ist, etwa um Gewebe und Organe genauer darzustellen.

 

Interaktion in Echtzeit

GPU-basiertes Rendering ermöglicht die Echtzeitbearbeitung volumetrischer Daten und verbessert so Arbeitsabläufe und Entscheidungsprozesse in Bereichen wie wissenschaftliche Visualisierung und VFX-Produktion.

 

Verbesserte Dateninterpretation

Übertragungsfunktionen ordnen Datenwerte Farben und Deckkraft zu, wobei bestimmte Merkmale hervorgehoben und feine Unterschiede für eine genauere Datenanalyse besser sichtbar gemacht werden.

 

Flexible Rendering-Techniken

Techniken wie Strahlenfang, Texturschnitt und Volumenstrahlverfolgung bieten Flexibilität, um die optimale Balance zwischen Qualität und Leistung für verschiedene Datentypen zu finden.

 

Hochwertige visuelle Effekte

Erweiterte Schattierungen und Interpolation beim Volumen-Rendering erzeugen detaillierte, realistische Effekte, die den visuellen Reichtum von Szenen mit visuellen Effekten und Animationen verbessern.

 

Autodesk-Software für das Volumen-Rendering

Rendering-Software für die globale Beleuchtung


Software für Animation, Modellierung, Simulation und Rendering in 3D für Film, Games und Fernsehen


Software für Modellierung, Animation und Rendering in 3D für Games und Entwurfsvisualisierung


Kundenerfolgsberichte: visuelle Effekte und Animationen

Ein Standbild aus einer CGI-Autowerbung zeigt ein Auto, das in eine Kurve driftet, und hinter dem Staubwolken zu sehen sind.

PUNCTUM IMAGES

Rendern realistischer Drift-Sequenzen

Ein Prager Kreativstudio nutzt Autodesk 3ds Max, um aufgeladene Motoren komplett in CGI zu präsentieren.

 


Bild mit freundlicher Genehmigung von Punctum Images

Zwei animierte Figuren aus der Netflix-Serie „Arcane: League of Legends“ sind in einem Standbild aus dem Film zu sehen, der für die Eröffnungsshow der Worlds 2021 von Riot Games gedreht wurde.

POSSIBLE

Ein atemberaubendes visuelles Spektakel

Ein Videodesign-Studio nutzt eine Arnold-basierte Pipeline, um den Auftakt der Worlds 2021-Show von Riot Games als cineastischen Kurzfilm neu aufleben zu lassen.

 


Ein 3D-Rendering zeigt die Fassade der Sphere in Las Vegas, auf der im Rahmen eines Werbespots für „The Marvels“ von Marvel Studios eine riesige rotbraune Katze angezeigt wird.

THE MILL

Gestaltung einer faszinierenden Werbeanzeige auf Sphere

Ein renommiertes Studio für visuelle Effekte verwendet Arnold und Maya, um eine 100 Meter große Werbeanzeige für The Marvels der Marvel Studios zu erstellen.

 


Ein Standbild animierter Figuren aus der Netflix-Serie „ONI: Thunder God's Tale“.

MEGALIS VFX

Aufzeichnung von USD-Daten

Kreativ- und VFX-Studios verwenden Arnold und OpenUSD, um zauberhafte Kreaturen und fantastische Welten zum Leben zu erwecken.

 


Bild mit freundlicher Genehmigung von Megalis VFX

Ressourcen zum Volumen-Renderer

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Häufig gestellte Fragen (FAQ) zum Volumen-Rendering

Was ist der Unterschied zwischen Raytracing und Volumen-Rendering?

Raytracing und 3D-Volumen-Rendering sind beides Renderverfahren, bei denen Strahlen zum Erzeugen von Bildern verwendet werden. Jedes Verfahren dient jedoch unterschiedlichen Zwecken und arbeitet mit unterschiedlichen Datentypen. Raytracing wird für fotorealistisches Rendering verwendet, indem Lichtinteraktionen mit Oberflächen simuliert und Effekte wie Reflexionen, Brechungen und Schatten erfasst werden. Dabei werden in der Regel geometrische Daten verwendet, die als Polygone oder Netze dargestellt werden. Im Gegensatz dazu visualisiert das Volumen-Rendering volumetrische 3D-Daten, die als Voxelraster dargestellt werden. Sie werden verwendet, um interne Strukturen und Eigenschaften anzuzeigen, wodurch sich dieses Verfahren ideal für die medizinische Bildverarbeitung und für Rendereffekte wie Rauch und Feuer eignet.

Welche Vorteile bietet das Volumen-Rendering?

Das Rendern von 3D-Volumen bietet viele Vorteile, darunter die realistische Visualisierung komplexer Phänomene wie Rauch, Feuer und Wolken durch die Erfassung ihrer komplexen internen Strukturen. Es ist ein unverzichtbares Werkzeug für Anwendungen, die eine detaillierte Darstellung der internen Struktur erfordern. In der medizinischen Bildgebung wird beispielsweise das Volumen-Rendering verwendet, um Gewebe und innere Organe zu visualisieren.

 

Die Verbesserungen des GPU-basierten Renderings ermöglichen die Echtzeit-Interaktion mit volumetrischen Daten und verbessern so die Arbeitsabläufe für wissenschaftliche Visualisierung und VFX-Produktion. Übertragungsfunktionen verbessern die Dateninterpretation, indem bestimmte Merkmale und feine Unterschiede hervorgehoben werden. Das Volumen-Rendering unterstützt zudem verschiedene Techniken und sorgt so für ein ausgewogenes Verhältnis von Qualität und Leistung.

Welche Phasen gibt es beim Rendern?

Das Rendern umfasst mehrere Phasen, die je nach Kontext variieren. Der 3D-Rendering-Prozess beginnt mit der Einrichtung der Szene, um die Kamerawinkel festzulegen. Anschließend werden die 3D-Geometrie erstellt, Texturen und Beleuchtung angewendet und Details der Innenausstattung hinzugefügt. Mit Rendering-Software können Artists Objekte platzieren, um die virtuelle Umgebung zu definieren, realistische Beleuchtungen einrichten, Materialien und Texturen anwenden und das endgültige Bild generieren. Aus technischer Sicht umfasst das Rendering das Rendern von Objekten (Einstellung von Deckkraft, Transparenz und Schattenwurf) und die Verwaltung erweiterter Eigenschaften (Sortieren und Filtern von Objekten). Das Rendering kann unterteilt werden in Vor-Rendering (offline) für qualitativ hochwertige Ausgaben und Echtzeit-Rendering (interaktiv) für eine schnellere Berechnung.