پویانما، مباحث تخصصی انیمیشن سه‌‌بعدی

موتور رندر هایپریون دیزنی

قسمت دانلود

FileDescriptionFile sizeDownloads
pdf Production_Path_Tracing11 MB 325

 

موتور رندر نرم‌افزاریست که وظیفه اصلی آن پردازش تمامی مدلها، انیمیشن‌ها، تکسچرها و همچنین نورها و دیگر آبجکت‌هایی که در صحنه سه‌بعدی قرار دارند می‌باشد؛ این مراحل شامل بانس‌های نوری و شیدرهای مجازی را محاسبه و شکل دادن تصویر نهایی است. موتور رندر هایپریون (Hyperion) در طی دو سال توسط استودیو والت دیزنی طراحی و پیاده‌سازی شده و نوع محاسبات آن (Physically-based path tracer) می‌باشد. موتور رندری که بر اساس متد Path Tracer کار می‌کند.

 

علمی که پشت این موتور رندر قراردارد:

Path tracing چیست؟

تکنولوژی است که وظیفه آن محاسبه نور و بازتابهای نوری در دنیای سه‌بعدی است.(نورهایی که به سطوح آبجکت‌ها برخورد می‌کند.) به بیانی ساده‌تر؛ خطوطی از نورها که به داخل صحنه سه‌بعدی فرستاده می‌شوند و وظیفه آنها ردیابی بانسهای نورهایی است که به سطوح آبجکت‌ها برخورد کرده‌اند. وظیفه Path tracing محاسبه کامل اطلاعات نورها بر اساس فاصله آن با دوربین داخل صحنه است. نور به طور طبیعی توانایی (Bounce) بین تمامی آبجکت‌های موجود در داخل دنیای مجازی را دارد. هر پرتوی نور با سطوح آبجکت‌ها برخورد می‌کند و باعث بوجود آمدن یک اشعه نوری جدید می‌شود. یک Path می‌تواند دارای چندین اشعه نوری باشد. که تمامی اطلاعات اشعه‌ها را جمع‌آوری می‌کند، درنهایت اطلاعات جمع‌آوری شده در طول یک مسیر (path) را محاسبه کرده و به این صورت تصویر دیجیتالی نهایی ساخته می‌شود.

درموتور رندر هایپریون، مسیرها از دوربین به سمت صحنه پرتاپ می‌شوند تا اطلاعات صحنه را بر اساس منابع نوری جمع‌آوری کنند. (همانند رفتار نورها در دنیای واقعی)

چرا Path Tracing؟

این تکنیک به ما اجازه می‌دهد تا تصاویری بسیار نزدیک به واقعیت تولید کنیم. چرا که تمامی رفتارها و بانس‌های نوری مانند دنیای واقعی در دنیای سه‌بعدی و مجازی به صورت دقیقی محاسبه و شبیه‌سازی می‌شود. ما با استفاده از این روش می‌توانیم رفرکشن‌ها و گلاسی رفلکشن‌ها را محاسبه کنیم. مهمتراز این، توانایی تولید تصاویرنهایی با استفاده از گلوبال لومینیشن (Global Illumination) را زمانی که نور از سطوح اشیاء مجازی را تولید کنیم. زمانی که نور توانایی بازتاب چندین بار را دارد اصطلاحا به آن (Multi-bounce) می‌گویند که تاثیر بسیار زیادی را روی خروجی نهایی صحنه می‌گذارد.

در عکس‌های زیر می‌توانید عکس‌های گرفته شده در دنیای واقعی را با مدلهای ساخته شده و رندر شده با موتور هایپریون را با هم مقایسه کنید. (برای مشاهده عکس‌هایی که قابلیت Swipeable دارند به لینک منبع رجوع کنید)

در عکس زیر نیز می‌توانید تاثیر بانس چنیدن باره نور را روی کاراکتر Baymax ببینید. لطفا به این نکته توجه کنید که تاثیر مقدار نور سافت (Indirect) باعث می‌شود کاراکتر Baymax ترنسلوسنت (translucent) یا همان شفاف دیده شود. (برای مشاهده عکس‌هایی که قابلیت Swipeable دارند به لینک منبع رجوع کنید)

در فریم زیر نمایی بسته از انیمیشن Big Hero 6 که توسط موتور رندر هایپریون رندر شده است را می‌بینید، در این تصویر که بدون توپ بزرگ سیاه انفجاری دیده می‌شود را با لحظه‌ای که توپ داخل صحنه است را مقایسه کنید، لطفا با دقت بسیار بیشتری ببینید و بررسی کنید و ببینید آبجکت‌های دیگر چه تاثیری از وجود توپ می‌گیرند. (برای مشاهده عکس‌هایی که قابلیت Swipeable دارند به لینک منبع رجوع کنید)

موتور رندر هایپریون چگونه عکس‌های نهایی را تولید می‌‎کند؟

در انیمیشن قهرمان بزرگ۶، تنظیمات بسیار بزرگ و پیچیده مانند شهر Fransokyo را داشتیم که بسیار برای ما چالش‌برانگیز بود. با استفاده از تکنیک Path Tracing و ردیابی تصادفی اشعه‌های نوری در مواجهه با آبجکت‌های پیچیده‌ای که در صحنه وجود داشت و منجر به هدررفت بسیار زیادی از زمان می‌شد. برای مقابله با این مشکل ما راهکار جدیدی را ایجاد کردیم.

هایپریون توانایی محاسبه چندین میلیون  (Light Rays) را در حین برخورد با آبجکت‌های پیچیده به صورت تصادفی (Random) دارد. و زمانی که در حال رندر صحنه‌هایی بسیار پیچیده است، و با شیوه معمولی Path Tracing این محاسبات را انجام می‌دهد، باعث هدررفتن زمان بسیاری می‌شود، ما برای اینکه این مشکل بسیار جدی (هدررفت زمان) را حل کنیم، از روش منحصربه‌فردی که در روش Path Tracing به وجود آوریم استفاده کردیم. با استفاده از متد ناول (Novel Method)، ما می‌توانیم شهر Franskoyo را کامل و بدون ذره‌ای ترفند (نقاشی در دوردست‌ها) رندر کنیم.

 

خصوصیات فنی بیشتری از موتور رندر هایپریون:

هایپریون یک جریان اشعه‌یاب است، که توانایی محاسبه گلوبال لومینیشن‌ را در صحنه‌هایی با مقیاس بسیار بزرگ را دارد، بدون نیاز به بازگردانی (Shading Caches) و یا Instancing. برای رسیدن به این نیز ما فریم‌ورک نول (Novel Framework) را معرفی کردیم.

برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به لینک منبع رجوع و یا این PDF را از قسمت دانلود، دانلود کنید.

The Hyperion team: Andrew Fisher, Patrick Kelly, David Adler, Dan Teece, Christian Eisenacher, Doug Lesan, Greg Nichols, Chuck Tappan, Brent Burley, Sean Jenkins, Andy Selle, Noah Kagan, Lisa Young, Matt Chiang, Ralf Habel, Darren Robinson, Peter Kutz, (not pictured: Karl Li)

درهمین زمینه:

تکنولوژی ساختِ مو و موتور رندر هایپریون Hyperion در زوتوپیا

منبع

میر امید رضوی

۱نظر

آمار پویانما در یک نگاه

  • 55,983
  • 967
  • ۲۱ آذر, ۱۳۹۶

تلگرام پویانما

نوشته‌های تصادفی

پویانما را دنبال کنید