Rendering 3D: cos’è e differenze tra offline e realtime

Nell’ambito della computer grafica, il rendering è il processo di creazione di un’immagine 2D, visualizzabile su qualsiasi dispositivo e schermo, a partire da una scena 3D creata all’interno di uno specifico software.

Tale tecnologia ha saputo imporsi fin da subito in ambito industriale e architetturale, poiché permette di ricreare e mostrare prodotti e ambienti non ancora realizzati. Poter osservare in tre dimensioni e a 360 gradi il prodotto prima che esso venga creato fisicamente, risulta essere un enorme vantaggio in fase di progettazione.

Inoltre il rendering non aiuta solo durante la progettazione, ma anche in fase di presentazione. Infatti ha piano piano sostituito la tradizionale fotografia per presentare a catalogo i propri prodotti. Questo perché, grazie al sempre più fedele fotorealismo, non è più necessario fare centinaia di foto ad un oggetto per mostrarne le variazioni di colore. Ora basta semplicemente cambiare il parametro colore all’interno del software di rendering e il gioco è fatto.

Ad oggi esistono due differenti tecnologie di rendering 3D, offline e realtime, ognuna con differenti ambiti di utilizzo:

• Il rendering offline permette di convertire una scena o un modello 3D in un’immagine 2D (.jpg, .png, .exr …) con un elevato dettaglio grafico. Tale conversione, dipendetemente dalla complessità del soggetto e dalla qualità richiesta, può durare da alcuni minuti a diverse ore;
• Il rendering realtime invece esegue la conversione da 3D a 2D in maniera istantanea. Solitamente i motori di rendering realtime riescono a produrre dalle 30 alle 60 immagini (chiamate frame) al secondo, sempre in base alla qualità selezionata.

Maggior tempo di calcolo si traduce potenzialmente in migliore qualità finale. Ecco perché rendering offline e realtime si applicano a settori molto diversi.

Il rendering offline viene utilizzato principalmente in ambito architetturale, real estate, cinematografico e per la presentazione a catalogo dei propri prodotti. Questo perché in questi ambiti è importantissima la qualità finale, ovvero la resa dei materiali e la precisione del modello tridimensionale. Questo si traduce in una quantità non indifferente di ore e relativi costi, per produrre anche solo una singola immagine. Per non parlare in ambito pubblicitario e cinematografico, dove le immagini per produrre un filmato con parti in computer grafica sono centiaia se non migliaia. Ecco perché vengono utilizzate delle render farm, ovvero un insieme di calcolatori computazionalmente molto potenti che permettono di abbassare notevolmente il conto ore. Ovviamente hanno un costo non indifferente.

Il rendering realtime invece ha l’importante peculiarità dell’interattività e questo lo rende molto interessante nell’ambito della configurazione industriale e di prodotto, nella Realtà Virtuale e Aumentata e in quello videoludico. Dovendo calcolare numerose immagini al secondo, la qualità finale prodotta è generalmente inferiore rispetto al rendering offline, ma dà la possibilità all’utente di interagire e modificare in tempo reale la scena o l’oggetto 3D presentato.

A livello tecnico, la differenza principale tra rendering 3D offline e realtime è la metodologia utilizzata per la creazione dell’immagine finale.

Nel rendering offline, l’immagine è creata grazie agli algoritmi di ray tracing. Essi permettono di calcolare l’intero percorso di ogni raggio di luce dalla sua fonte fino al suo ultimo rimbalzo, tenendo conto di ogni oggetto con cui essi sono venuti a contatto.

Nel rendering realtime invece, il processo viene chiamato di rasterizzazione, un processo di conversione degli oggetti 3D in scena in pixel riproducibili a schermo. Purtoppo tale processo non tiene conto dei rimbalzi indiretti della luce sugli oggetti, dunque l’immagine risulterà meno fotorealistica (a meno di processi offline di supporto come il baking).

Da qualche anno però, sono state introdotte nel mercaro nuove GPU (schede video per l’elaborazione grafica) che grazie a specifiche unità di calcolo, riescono a calcolare in tempo reale il ray tracing. Questa introduzione rappresenta una rivoluzione in ambito della computer grafica, poiché avvicina drasticamente la qualità del rendering realtime a quello offline.

La completa sostituzione del rendering offline con quello realtime apporterebbe numerosi vantaggi. Dato che è possibile estrapolare un render statico 2D anche da un frame del rendering realtime, ciò consentirebbe di non dover aspettare ore e ore per vedere se il risultato è quello atteso. Tutte le modifiche al modello 3D, ai materiali, al colore e all’illuminazione si vedrebbero alla massima qualità istantaneamente. Ciò permetterebbe di risparmiare moltissimo, sia in termini di tempo lavorativo sia di costo per le render farm.

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