「3Dレンダリング」という言葉は、3Dアートワークの作成プロセス全体を表す言葉として一般的に使われており、そのプロセスを知らない人に説明する時によく使う単語です。 そして3Dを学び始めたばかりの人は、その工程を細分化することでより効率的にスキルアップすることができます。
たとえば私が3D の勉強を始めたばかりの頃は、モデルの作成方法を学ぶことにほとんどの時間を費やしていて、3Dレンダリングはそれを映像化する作業だとしか考えていませんでした。しかし、学習を進めていくうちに、テクスチャーやライティング、構図など、他にも重要なポイントがあることがわかりました。 モデルやテクスチャーを緻密に作り込んでいるにもかかわらず、完成した画像にインパクトがなかったのです。そしてネット上の他のアーティストは、もっとシンプルな題材でも、より印象的なレンダリングをしていることに気づいたのです。そして、自分の作品に足りないものは、レンダリングプロセスそのものにあることに気がつきました。
伝統的なアーティストが作品の物理的な形と光の相互作用の仕方や、質感やディテールに注意を払うように、レンダリングプロセスをコンピュータが行う技術的な計算としてだけ見るのではなく、3Dシーンのさまざまな要素を統合して、信憑性のあるまとまったイメージを作り上げる段階と考えるべきでしょう。 この記事は、3D制作プロセスでのレンダリングが特に初心者には十分に注目されていないと考え、レンダリングの技術的側面と芸術的側面の両方を探求し、より深く理解できるようにすることを目的としています。
3Dレンダリングはどのように行われるのか？(極シンプルに説明します)
当社の 3D プログラムが最終イメージを作成する方法はいくつかあります。 その中にはもはや使われていない（非推奨な）方法もあれば、3Dを使うさまざまな種類のメディアにとって利点があるため今も活発に開発されている方法もあります。 現在最も有名な方法は次の 2 つです。
オフライン パス トレーシング - この方法では、統合と呼ばれるプロセスを通じて、3Dシーン内のすべての光線を計算するアルゴリズムが使用されます。光線がオブジェクトの表面に当たると、アルゴリズムがカメラに到達する光の量を決定します。この方法は、間接照明、ソフトシャドウ、アンビエントオクルージョン、ボリューメトリックなど、光の物理的効果を自然に再現することができるためとても便利です。
リアルタイム - この方式では、3Dシーンのすべてのオブジェクトを三角形に分解し、その三角形を使って最終的に画面に表示されるピクセルを生成します。この方法は、ゲームなどのリアルタイムメディアでよく使われており、ゲームの世界でキャラクターを動かすなどのイベントが発生すると、画面上の画像がすぐに使用されます。現在の技術では、リアルタイムレンダリングにレイトレーシングを取り入れることが可能になり、これまで非リアルタイムレンダリングでしか見られなかった精度を実現することができるようになりました。しかし、パストレーシングのレンダーエンジンでは自然に発生する効果も、リアルタイムレンダリングではいくつかの効果はまだ偽装する必要があります。
3Dプロジェクトを完成させ、そこから学ぶことは重要ですが、同時に、長いレンダリング時間を待つことでモチベーションの維持は難しくなります。 高品質のレンダリングを実現したいと思うアーティストがプロジェクトの最終段階で長い時間待たされると、そのレンダリングプロセスが退屈になり、やる気をなくしてしまうこともあります。多くのアーティストが、レンダリングに時間がかかるという理由だけで、新しいプロジェクトに挑戦せず、自分が慣れ親しんだテーマに固執してしまう恐れもあります。しかし、最適化させる技術を習得することで、レンダリング時間の長さを緩和することができ、新しいプロジェクトに挑戦するきっかけになると考えています。
現在、オフラインレンダリング エンジンははるかに高速になり、リアルタイムレンダリングも問題をほぼ完全に解消しています。 ただし、プロでも学生やアマチュアでも、シーンの最適化は時間を節約するために依然として重要です。 この記事では、シーンの最適化について詳しくは説明しませんが、レンダリング完了までの待ち時間を大幅に短縮するための基本的な考慮事項を説明していきます。
説得力のある画像はストーリーを伝えます。 最高のストーリーは誇張されたものからではなく、むしろ微妙な要素によって伝えられます。 その上で、シーンに含まれる各要素が、意図したストーリーを伝えるために必要なものかどうかを考えてみてください。 そうすることで、見る側が本当に見ているものは何なのかを考え、作品に込められた意味をより深く理解することができるのです。
このレンダリングは、君主と宰相が客人を迎える様子を描いたものですが、楽しい雰囲気ではありませんね。実際のキャラクターを追加する代わりに、影を前景に合成しているので、レンダリング負荷が軽減され、よりすっきりとした構図になっています。
ポリゴン、画像テクスチャ、モディファイア、HDRマップ、シミュレーション、パーティクルシステムなどの要素が、レンダリングの実行時にマシンが消費するメモリを増加させます。画像のどの要素が見る側の体験にとって最も重要で、どの要素が全体の効果に影響を与えることなく簡略化または品質低下できるかを考慮することが大事です。
ジオメトリを縮小する、画像テクスチャを小さく、または少なくする、パーティクルシステムで生成されるインスタンスの量を削減する、という方法でコンピュータで生成された画像の要素を単純化し、レンダリングに必要なメモリを削減できます。 また、これらの要素をシンプルにすることで、品質やディテールを犠牲にすることなく、シーンのレンダリングスピードを向上させることができます。さらに、メモリ使用量の削減は、ビューポート（シーンのナビゲーションやプレビューに使用されるソフトウェアの部分）のパフォーマンスにも影響する可能性があります。
左は4096x4096のテクスチャでレンダリングした胸像で、ポリカウントは8786クワッドです。
右は、その胸像のポリゴン数を約半分にし、テクスチャを1024×1024にしたバージョンです。目に見えるクオリティの変化はありますが、このアセットがフォーカスされていないショットでは、右の胸像で十分代用可能です。
ほとんどのレンダーエンジンには、シーンをレンダリングする際に使用するサンプルの数がプリセットされています。サンプル数が多ければ多いほど、計算が正確になり、最終的なレンダリングがよりきれいになります。 ただし、最近のレンダーエンジンのノイズ除去機能を使用すると、必要以上のサンプルをレンダリングする可能性があります。 レンダリングプロセスを最適化するために、最初のレンダリング後にサンプル数を段階的に減らし、結果を比較して、高品質な画像を生成するのに適したサンプル数を見つけることをお勧めします。
両方のケースでノイズ除去が適用されました。サンプル数を半分にしても、画像の品質にはほとんど変化がありません。 ノイズ除去はプロジェクトの初期から中期にかけての反復処理に最適ですが、光学的な効果が失われることもあるため、最終レンダリングでは慎重に使用する必要があります。
このDecodedのビデオは、最終結果 (およびその他の要素) における要素の重要性に応じて、シーンの要素に時間と作業を割り当てることの重要性をうまく説明しています。
大規模で時間的制約のあるCGアニメーションプロジェクトにオンラインレンダーファームは不可欠です。 レンダーファームでは、プロジェクトのフレームがネットワーク上の強力なコンピュータのホスト上で同時にレンダリングされます。つまり、レンダーファームが複数のコンピューターに作業負荷を分散させることで、多くのフレームを同時にレンダリングすることができるのです。
レンダリングプロセスを最適化し、コストを削減するにはスキルが必要な場合があります。クラウドレンダリングサービス利用する場合は、頼れるサポートチームがいつでもサポートしてくれることが重要です。 追加のレンダリング パワーを必要なら、オンラインレンダーファームをチェックしてみてください。
レンダーファームのメリットについて知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。
レンダリング時間を短縮するための基本的な理解さえあれば、より自由にレンダリングテストを行い、結果的に画像のブラッシュアップに時間をかけることができるようになります。
レンダリングプロセスは、3D画像やアニメーションの制作におけるクリエイティブな個人作業に対して、単独で責任を負うものではないのです。 プロジェクトを反復する際に、レンダリングは作品を評価し、改善すべき点を特定するために使用できます。この改善点は、モデルの微調整や照明の調整など、パイプラインの他の部分と関係することもあります。つまり、レンダリングの段階では、個々の作業から、それらが全体としてどのように作用してまとまりのある視覚的に魅力的なイメージを作り上げるかに焦点が移るのです。
グローバルエクスポージャーを調整することで、画像を明るくしたり暗くしたり、動画に現れる「モーションブラー」の量を調整することで、より顕著な効果を生み出すことができたり、さまざまな色空間で作業したり、シーンのリアリズムに寄与する光学効果 (コースティクスなど) を調整したりできます。
また、レンダーパスを設定して、異なる光の影響を分離し、コンポジットで個別に調整することで、スタイリッシュな選択を可能にします。
最終レンダリングを見て初めて、画像やアニメーションの微妙な改善点に気づくことができます。つまり、最終レンダリングは、アーティストが作品全体を評価し、さらに改善できる部分を特定するための機会なのです。個人的には、照明、構図、色、質感など、作品全体の視覚的なインパクトに影響する要素など、重要な検討事項を確認する場所だと思っています。
アーティストが写実的な画像を作ることを目的にしたかどうかにかかわらず、見る人がその画像に没頭することができなければ、作品の効果を発揮することはできません。シーン内のすべてのものが正しくスケーリングされていること、オブジェクトのサイズやオブジェクト間の距離が現実と同じように一致しているかなどを観察してください。
例えば上のレンダリングでは現実のスケールに忠実でなく、テクスチャは環境の影響をまったく受けておらず、すべてきれいすぎるので、被写体は生物というよりアクションフィギュアのように人工的に見えてしまっています。
魅力的なレンダリングは、被写体だけが重要ではありません。わかりやすいトーン、ムード、物語があれば、シンプルな被写体も魅力的になります。レイアウト、色の選択、コントラストは、被写体をどう見せるかに大きく左右します。
このレンダリングでは、どこか薄暗い場所にいる、無表情な女性のポートレートを撮影しています。
カメラの調整、照明の変更、ヴィネットの使用により、彼女の疲れ切った顔や鋭い眼差しがより鮮明になり、少なくとも神秘的で憂いを帯びた印象を与えることができます。
しかし最終的に少しやりすぎたため、前バージョンの肌の柔らかな質感が失われてしまいました。
プロジェクトに長時間取り組むと、感覚が麻痺し、物事を誇張しやすくなります。 例えば、ある小道具の造形にこだわりがある場合、それを強調するあまり、全体の構成が崩れてしまうことがあります。「優秀な3Dアーティスト」からのアドバイスで、「シェーダーや光量、露出の設定値が適正だと思ったら、0.5ずつ減らすといい」というものがありますので、覚えておくといいかもしれません。
では、3D レンダリングとは何でしょう？3Dレンダリングとは、データをデジタル画像の視覚情報の基本単位であるピクセルに変換するプロセスです。そしてワークフローでの3Dレンダリングでは、効率と品質のバランスを取るために、微調整を施せる機会でもあります。 3Dレンダリングの上達の鍵は、こうした作業に定期的に時間を割くことです。
