O que é renderização? Saiba como funciona o processo de geração de imagens digitais
Entenda a técnica essencial da computação gráfica; saiba como funciona o processo de "montar" uma imagem digital na sua tela
Renderização é um processo da computação gráfica que transforma um conjunto de instruções em uma imagem digital 2D ou 3D. O procedimento gera o conteúdo visual de aplicações como jogos, simuladores e design gráfico. Entenda como o conceito funciona e quais são as suas principais técnicas.
Índice
Como funciona a renderização de uma imagem?
A renderização ocorre quando uma imagem é gerada com base em um conjunto de instruções e dados que descrevem as suas características, como formas geométricas, cores, projeção de luzes e sombras, texturas e reflexos.
As instruções são baseadas em modelos bidimensionais (2D) ou tridimensionais (3D) que definem como o conteúdo gráfico deve ser gerado. No ambiente de um jogo, por exemplo, esses dados determinam parâmetros como dimensões do cenário, texturas dos objetos, onde sombras devem projetadas e cor de cada pixel.
Embora a renderização possa ser feita com uma CPU, é mais comum o uso de uma GPU para esse fim. Isso porque a computação gráfica costuma envolver uma grande quantidade de operações. As GPUs permitem que numerosas operações sejam realizadas simultaneamente por terem estrutura para processamento paralelo.
As GPUs são ainda mais importantes na geração de conteúdo 3D, que são imagens que dão noção de profundidade. Há dois tipos principais de renderização tridimensional:
- Pré-renderização: o conteúdo gráfico final é gerado depois de as instruções e dados brutos serem apresentados. É usado na criação de animações detalhadas de filmes ou em trabalhos arquitetônicos, por exemplo;
- Renderização em tempo real: as imagens são baseadas em modelos 2D ou 3D, mas geradas à medida que as instruções são apresentadas. É muito usado em aplicações cujo conteúdo visual depende da ação do usuário, como jogos.
O que é mapeamento de texturas?
O mapeamento de texturas é uma etapa da renderização que aplica uma ou mais superfícies 2D em um objeto tridimensional. Trata-se de um passo que adiciona contexto e detalhes a uma formação gráfica. Nos games em primeira pessoa, por exemplo, o mapa de textura forma as paredes ou os níveis de solo do ambiente.
O que é shading?
O shading é um processo da renderização que gera um efeito de iluminação sobre superfícies ou pontos específicos de elementos gráficos. Esse efeito pode variar em intensidade e alcance para aumentar a percepção de profundidade, mudar a perspectiva de um objeto ou simplesmente criar pontos de sombra.
O que é anti-aliasing?
Anti-aliasing é um método que atenua ou elimina o efeito de serrilhamento que se forma em elementos gráficos, sendo mais perceptível em seu contorno. Técnicas de anti-aliasing são frequentemente aplicadas nas etapas finais da renderização para aumentar a sensação de definição da imagem.
O que é motion blur?
Motion blur é um efeito de desfoque de movimento que é aplicado sobre objetos gráficos para criar uma percepção de deslocamento. A técnica pode ser implementada com tempo de duração e extensão do rastro variadas. Com isso, é possível gerar sensação de velocidade em jogos de corrida, por exemplo.
Não confunda
O desfoque de movimento gerado intencionalmente na renderização gráfica não deve ser confundido com o motion blur que ocorre em TVs e monitores. Nesses equipamentos, o efeito de borrão é causado por limitações técnicas, como tempo de resposta lento, e costuma prejudicar a qualidade da imagem.
O que é profundidade de campo?
A profundidade de campo aplica um efeito de foco ou desfoque sobre elementos gráficos em relação ao ponto de observação da imagem. Na computação gráfica, o conceito é usado para gerar uma percepção de distância, deixando um objeto em primeiro plano totalmente nítido enquanto o fundo fica desfocado, e vice-versa.
Quais são as principais técnicas de renderização de imagem?
Como a renderização é aplicada sobre elementos gráficos ou tipos de conteúdo distintos (como jogos e animações), várias técnicas foram desenvolvidas para o procedimento. As principais são descritas a seguir.
Rasterização de imagem
A rasterização é um processo no qual uma imagem bidimensional é formada pixel a pixel, com cada um deles representando uma cor. Quanto maior o número de pixels, mais detalhado é o conteúdo gerado. Imagens rasterizadas são armazenadas em formatos como PNG, JPEG e Bitmap.
Imagem vetorial
Imagem vetorial é aquela gerada a partir de linhas e pontos definidos com cálculos matemáticos. A imagem pode ter formas alteradas e dimensões ampliadas ou reduzidas sem que isso cause distorções, pois toda modificação é baseada em recálculos.
Ray tracing
Ray tracing (traçado de raios) é uma técnica que reproduz a forma como raios de luz são gerados no “mundo real” para reproduzir gráficos mais realistas em jogos 3D e animações. A técnica é suportada de modo nativo em placas de vídeo de linhas como Nvidia GeForce RTX e AMD Radeon RX.
Ray casting
Ray casting é um método de renderização que gera imagens tridimensionais a partir de raios de luz que saem de um centro de projeção. Quando essa luz alcança um objeto gráfico, parâmetros como cor e brilho mudam de modo correspondente naquele ponto, aumentando o realismo da imagem.
Path tracing
Path tracing é um método de renderização usado para definir traçados que deixam a iluminação da imagem mais próxima da realidade. Difere do ray tracing e do ray casting por projetar os raios a partir de fontes de luz distribuídas na cena, e não da posição de observação.
Renderização neural
A renderização neural é um método que usa redes neurais, um conceito atrelado à inteligência artificial, para gerar imagens a partir de um conjunto de cenas. O seu maior benefício é conseguir formar imagens realistas rapidamente, principalmente em chips que contam com NPU (unidade de processamento neural).
Em quais áreas a renderização gráfica é usada?
A renderização gráfica é usada em áreas como produção de jogos, design gráfico, animações e até navegação web. Confira, abaixo, as especificidades de cada aplicação.
Como funciona a renderização no videogame?
A renderização em tempo real é o método mais empregado nos jogos, pois as cenas e objetos precisam ser exibidos de acordo com a ação realizada pelo jogador. Essa dinâmica exige que o conteúdo seja produzido muito rapidamente, razão pela qual games com gráficos detalhados exigem GPUs avançadas.
Para aumentar o realismo visual ou permitir efeitos gráficos especiais, os jogos também podem aplicar técnicas de renderização como ray tracing e path tracing. Muitos títulos contam ainda com recursos que otimizam a renderização gráfica, como as tecnologias Nvidia DLSS e AMD FSR.
Como funciona a renderização no design gráfico?
O design gráfico se beneficia de técnicas de pré-renderização por envolver aplicações nas quais os níveis de detalhamento importam mais do que a reprodução em tempo real, como projeto de produtos, modelagem 3D de componentes e trabalhos de comunicação visual.
Nesses segmentos, o uso de gráficos vetoriais é comum, mas imagens rasterizadas e técnicas como ray tracing também podem ser aplicadas, especialmente na fase de finalização do projeto. Como esses detalhes envolvem muito processamento, o design gráfico tende a exigir computadores com CPU e GPU de alto desempenho.
Como funciona a renderização em filmes e animações?
A renderização de vídeos baseados em computação gráfica é um processo que envolve aplicação de texturas, efeitos de movimento (como motion blur), sombras sobre objetos ou personagens, anti-aliasing, entre outros procedimentos. Nas animações mais sofisticadas, esse trabalho exige workstations avançadas.
Na produção de um longa-metragem ou de um série animada, a renderização pode demandar bilhões de arquivos e levar várias etapas para ser concluída. Por isso, estúdios como DreamWorks e Pixar usam datacenters para renderizar seus vídeos.
Como funciona a renderização no navegador web?
Nos navegadores, a renderização consiste em transformar dados de códigos em HTML, CSS, JavaScript e outros padrões em informação visual. Dependendo do conteúdo a ser reproduzido, o navegador pode até usar aceleração por GPU para realizar esse trabalho com mais eficiência.
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