Нефотореалистичный рендеринг

Нефотореалистичный рендеринг ( NPR ) — область компьютерной графики , которая фокусируется на обеспечении широкого разнообразия выразительных стилей для цифрового искусства, в отличие от традиционной компьютерной графики , ориентированной на фотореализм . NPR вдохновлен другими видами искусства, такими как живопись , рисунок , техническая иллюстрация и мультипликация . NPR появлялся в фильмах и видеоиграх в виде анимации с сел-шейдингом (также известной как « мультяшная » затенение), а также в научной визуализации , архитектурной иллюстрации и экспериментальной анимации . ^{[ нужна ссылка ]}

История и критика термина [ править ]

Считается, что термин «нефотореалистичный рендеринг» был придуман комитетом по документам SIGGRAPH 1990 года, который провел сессию под названием «Нефотореалистичный рендеринг». ^[1]^[2]

Этот термин подвергся некоторой критике:

Термин « фотореализм » имеет разные значения для исследователей графики (см. « фотореалистичная визуализация ») и художников. Для художников, которые являются целевыми потребителями техник NPR, это относится к школе живописи, которая фокусируется на воспроизведении эффекта объектива камеры со всеми искажениями и гиперотражениями. ^{[ необходимо определение ]} что оно создает. Однако для исследователей графики это относится к изображению, которое визуально неотличимо от реальности. Фактически, исследователи графики относят те виды визуальных искажений, которые используют художники-фотореалисты, к «нефотореализму».
Описать что-то тем, чем оно не является , проблематично. Эквивалентными (выдуманными) сравнениями могут быть «неслоновья биология» или «негеометрическая математика». Исследователи NPR заявили, что они ожидают, что этот термин со временем исчезнет и будет заменен теперь более общим термином «компьютерная графика», при этом «фотореалистичная графика» является термином, используемым для описания «традиционной» компьютерной графики. ^{[ нужна ссылка ]}
Многие методы, используемые для создания «нефотореалистичных» изображений, не являются методами рендеринга . Это методы моделирования или методы постобработки. Хотя последние стали называть «рендерингом на основе изображений», методы моделирования на основе эскизов технически не могут быть включены в эту рубрику, что очень неудобно для организаторов конференций.

Первая конференция по нефотореалистичной анимации и рендерингу ^{[ когда? ]} включало обсуждение возможных альтернативных названий. Среди предложенных были «выразительная графика», «художественная визуализация», «нереалистичная графика», «художественная визуализация» и «психография». Все эти термины использовались в различных исследовательских работах по этой теме, но термин «нефотореалистичный», похоже, тем не менее прижился.

Первым техническим совещанием, посвященным NPR, стал ACM , в 2000 году. NPAR традиционно проводится совместно с Фестивалем анимационных фильмов в Анси. Симпозиум по нефотореалистичному рендерингу и анимации (NPAR), спонсируемый ^[3] работает по четным годам. Начиная с 2007 года, NPAR также начал работать по нечетным годам и располагался совместно с ACM SIGGRAPH . ^[4]

3D [ edit ]

Трехмерное NPR — это стиль, который чаще всего встречается в видеоиграх и фильмах. Результатом применения этой техники почти всегда является 3D-модель , измененная по сравнению с исходной входной моделью для отображения нового художественного стиля. Во многих случаях геометрия модели идентична исходной геометрии, а модифицируется только материал, нанесенный на поверхность. С увеличением доступности программируемых графических процессоров шейдеры позволили применять эффекты NPR к растровому изображению, которое должно отображаться на экране. ^[5] Большинство методов NPR, применяемых к трехмерной геометрии, предназначены для того, чтобы сцена выглядела двухмерной.

Методы NPR для 3D-изображений включают затенение целла и затенение Гуча .

Для рисования стилизованных контуров и штрихов из 3D-моделей можно использовать множество методов, включая перекрывающие контуры и наводящие контуры . ^[6]

Для повышения удобочитаемости наиболее полезные технические иллюстрации для технической коммуникации не обязательно должны быть фотореалистичными. Нефотореалистичные изображения, такие как покомпонентные диаграммы, очень помогают продемонстрировать расположение частей в сложной системе.

2D [ править ]

Входными данными для двумерной системы NPR обычно является изображение или видео. Выходные данные обычно представляют собой художественную визуализацию этих входных изображений (например, в акварельном, живописном или эскизном стиле), хотя некоторые 2D NPR служат нехудожественным целям, например, визуализации данных.

Художественная обработка изображений и видео (часто называемая стилизацией изображения) . ^[7]) традиционно фокусируется на эвристических алгоритмах, которые стремятся имитировать расположение мазков кисти на цифровом холсте. ^[8]

Вероятно, самым ранним примером 2D NPR является » Пола Хэберли « Рисование по номерам на SIGGRAPH 1990. Этот (и подобные интерактивные методы) предоставляют пользователю холст, на котором он может «рисовать» с помощью курсора — пока пользователь рисует. , на холсте раскрывается стилизованный вариант изображения. Это особенно полезно для людей, которые хотят имитировать мазки кисти разного размера в зависимости от разных областей изображения.

Впоследствии основные операции обработки изображений с использованием операторов градиента. ^[9] или статистические моменты ^[10] использовались для автоматизации этого процесса и минимизации взаимодействия с пользователем в конце девяностых (хотя художественный контроль остается за пользователем посредством настройки параметров алгоритмов). Эта автоматизация позволила практическое применение 2D NPR к видео, впервые в живых картинах фильма «Куда приводят мечты» (1998).

Более сложные методы абстракции изображений были разработаны в начале 2000-х годов с использованием операторов компьютерного зрения, например, заметность изображения, ^[11] или сегментация ^[12] операторы для управления размещением удара. Примерно в это же время машинное обучение начало влиять на алгоритмы стилизации изображений, особенно на аналогию изображений. ^[13] который мог бы научиться имитировать стиль существующего произведения искусства.

Появление глубокого обучения возродило деятельность по стилизации изображений, в частности, с помощью алгоритмов нейронной передачи стилей (NST), которые могут имитировать широкий спектр художественных стилей на основе отдельных визуальных примеров. Эти алгоритмы лежат в основе мобильных приложений, способных на то же самое, например Prisma.

В дополнение к вышеупомянутым методам стилизации, родственный класс методов 2D NPR занимается моделированием художественных медиа. Эти методы включают моделирование диффузии чернил через различные виды бумаги , а также пигментов через воду для имитации акварели .

Художественный рендеринг [ править ]

Художественный рендеринг — это применение стилей визуального искусства к рендерингу. В фотореалистичных стилях рендеринга упор делается на точное воспроизведение света и тени, а также свойств поверхности изображаемых объектов, композиции или других более общих качеств. Когда акцент делается на уникальных интерпретативных стилях рендеринга, визуальная информация интерпретируется художником и отображается соответствующим образом с использованием выбранного художественного средства и уровня абстракции в абстрактном искусстве . В компьютерной графике стили интерпретирующей рендеринга известны как нефотореалистичные стили рендеринга, но могут использоваться для упрощения технических иллюстраций . Стили рендеринга, сочетающие фотореализм с нефотореализмом, известны как гиперреалистичные стили рендеринга.

и Известные игры фильмы

В этом разделе перечислены некоторые плодотворные варианты использования методов NPR в фильмах, играх и программном обеспечении. См. анимацию с сел-шейдингом, чтобы увидеть список вариантов использования мультяшной затенения в играх и фильмах.

Короткометражные фильмы
Технологическая угроза	1988	Раннее использование мультяшной штриховки вместе с Текса Эйвери. персонажами мультфильмов в стиле
Газовая Планета	1992	3D-рендеринг карандашными набросками Эрика Дарнелла
Рыбалка	2000	3D-рендеринг в акварельном стиле Дэвид Гейни
РоудХед Закуски и напитки	1998 1999	Короткометражные фильмы, созданные в Rotoshop. Бобом Сабистоном
Райан	2004	Нелинейная проекция и другие искажения 3D-геометрии
Девушка, которая плакала Цветы	2008	Рендеринг в акварельном стиле от Auryn
Художественные фильмы
Какие мечты могут прийти	1998	Живописная прорисовка в эпизоде «нарисованный мир».
Тарзан	1999	Первое использование системы Диснея «Deep Canvas».
Пробуждающаяся жизнь	2001	Первое использование ротошопа в художественном фильме
Сканер в темноте	2006	«15-месячный процесс анимации»
Видеоигры и другое программное обеспечение
Радио Джет Сет	2000	Раннее использование мультяшной затенения в видеоиграх
СкетчАп	2000	для моделирования в стиле эскизов Программное обеспечение с рендерингом мультфильмов
Легенда о Зельде: Путешественник Ветра	2002	Одна из самых известных игр с селшейдингом.
Хроники Валькирии	2008	В игре используется ряд техник NPR, включая метод затенения в виде эскиза.
XIII	2003	Игра сделана максимально «комической»
Оками	2006	Игра, визуальная часть которой имитирует стиль суми-э (японская живопись тушью).
Виновный механизм Xrd	2014	Файтинг с использованием 3D-персонажей с сел-шейдингом и ограниченной анимацией для имитации внешнего вида 2D-спрайтов.
Посмотреть Xstream	2015	для создания 3D-среды Программное обеспечение с рендерером NPR с различными пресетами, имитирующими традиционные художественные стили.
Возвращение Обры Динн	2018	3D-игра, выполненная в уникальном монохромном стиле пуантилистизма.
Коллекторный сад	2019	3D-игра-головоломка, использующая невозможную геометрию и отличающаяся новыми методами затенения краев. ^[14]

Ссылки [ править ]

^ Баскетт, Форест (1990). Материалы 17-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '90 . дои : 10.1145/97879 . ISBN 978-0-201-50933-5 . S2CID 12199502 . ^{[ нужна страница ]}
^ Шофилд, Саймон (март 1994 г.). Нефотореалистичный рендеринг: критический анализ и предлагаемая система (Диссертация).
^ «Официальный сайт Международного фестиваля и рынка анимационных фильмов в Анси» . www.annecy.org . Проверено 20 апреля 2018 г.
^ «Архивная копия» . siggraph.org . Архивировано из оригинала 21 декабря 1996 года . Проверено 13 января 2022 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Дрю, Кард (2002). «Нефотореалистичный рендеринг с помощью пиксельных и вершинных шейдеров». В Энгеле, Вольфганг Ф. (ред.). Direct3D Shaderx: советы и приемы вершинных и пиксельных шейдеров . 87Библиотека разработчиков игр Wordware. Издательство Wordware. стр. 319–333. CiteSeerX 10.1.1.360.918 . ISBN 978-1-55622-041-8 .
^ Бенар, Пьер; Герцманн, Аарон (2019). «Линейные рисунки из 3D-моделей: Учебное пособие». Основы и тенденции в компьютерной графике и зрении . 11 (1–2): 1–159. arXiv : 1810.01175 . дои : 10.1561/0600000075 . S2CID 52912187 .
^ Розин, Пол; Колломос, Джон, ред. (2013). Художественная стилизация изображений и видео . Вычислительная визуализация и зрение. Том. 42. дои : 10.1007/978-1-4471-4519-6 . ISBN 978-1-4471-4518-9 . S2CID 40656135 . ^{[ нужна страница ]}
^ Киприанидис, Ян Эрик; Колломос, Джон; Ван, Тинхуай; Айзенберг, Тобиас (май 2013 г.). «Состояние «Искусства»: Таксономия методов художественной стилизации изображений и видео» (PDF) . Транзакции IEEE по визуализации и компьютерной графике . 19 (5): 866–885. дои : 10.1109/TVCG.2012.160 . ПМИД 22802120 . S2CID 2656810 .
^ Литвинович, Питер (1997). «Обработка изображений и видео для импрессионистического эффекта». Материалы 24-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '97 . стр. 407–414. дои : 10.1145/258734.258893 . ISBN 978-0-89791-896-1 . S2CID 13139308 .
^ Сираиси, Мичио; Ямагучи, Ясуши (2000). «Алгоритм автоматического живописного рендеринга, основанный на аппроксимации изображения из локального источника». Материалы первого международного симпозиума по нефотореалистичной анимации и рендерингу - NPAR '00 . стр. 53–58. дои : 10.1145/340916.340923 . ISBN 978-1-58113-277-9 . S2CID 16915734 .
^ Колломосс, JP; Холл, премьер-министр (2002). «Живописная визуализация с использованием выразительности изображения». Материалы 20-й конференции Eurographics UK . стр. 122–128. CiteSeerX 10.1.1.7.5383 . дои : 10.1109/EGUK.2002.1011281 . ISBN 978-0-7695-1518-2 . S2CID 9610948 .
^ Гуч, Брюс; Кумб, Грег; Ширли, Питер (2002). «Художественный взгляд». Материалы второго международного симпозиума по нефотореалистичной анимации и рендерингу - NPAR '02 . п. 83. CiteSeerX 10.1.1.10.1761 . дои : 10.1145/508530.508545 . ISBN 978-1-58113-494-0 . S2CID 1146198 .
^ Герцманн, Аарон; Джейкобс, Чарльз Э.; Оливер, Нурия; Керлесс, Брайан; Салезин, Дэвид Х. (2001). «Образные аналогии». Материалы 28-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '01 . стр. 327–340. CiteSeerX 10.1.1.119.5127 . дои : 10.1145/383259.383295 . ISBN 978-1-58113-374-5 . S2CID 2201072 .
^ Брусси, Артур; Сараев, Андрей; Чир, Уильям (2020). «Вот и подошло: ретроспектива рендеринга Manifold Garden». Доклады конференции специальной группы по компьютерной графике и интерактивным технологиям . стр. 1–2. дои : 10.1145/3388767.3407385 . ISBN 978-1-4503-7971-7 . S2CID 221178781 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Некоторые ключевые документы в развитии NPR:

Хэберли, Пол (1990). «Рисование по номерам: абстрактные изображения». ACM SIGGRAPH Компьютерная графика . 24 (4): 207–214. CiteSeerX 10.1.1.94.8782 . дои : 10.1145/97880.97902 .
Сайто, Такафуми; Такахаси, Токиитиро (1990). «Понятная визуализация трехмерных фигур». ACM SIGGRAPH Компьютерная графика . 24 (4): 197–206. CiteSeerX 10.1.1.83.4139 . дои : 10.1145/97880.97901 .
Кокшотт, Малкольм Тунде (1991). Мокрый и липкий: новая модель компьютерной живописи (Диссертация). ПроКвест 2124902248 .
Винкенбах, Жорж; Салезин, Дэвид Х. (1994). «Компьютерная иллюстрация, выполненная пером и тушью». Материалы 21-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '94 . стр. 91–100. дои : 10.1145/192161.192184 . ISBN 978-0-89791-667-7 . S2CID 3234749 .
Солсбери, Майкл П.; Андерсон, Шон Э.; Барзель, Ронен; Салезин, Дэвид Х. (1994). «Интерактивная иллюстрация, выполненная пером». Материалы 21-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '94 . стр. 101–108. дои : 10.1145/192161.192185 . ISBN 978-0-89791-667-7 . S2CID 1098501 .
Мейер, Барбара Дж. (1996). «Живописный рендеринг для анимации». Материалы 23-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '96 . стр. 477–484. CiteSeerX 10.1.1.126.7091 . дои : 10.1145/237170.237288 . ISBN 978-0-89791-746-9 . S2CID 1199189 .
Гуч, Эми; Гуч, Брюс; Ширли, Питер; Коэн, Элейн (1998). «Нефотореалистичная модель освещения для автоматической технической иллюстрации». Материалы 25-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '98 . стр. 447–452. CiteSeerX 10.1.1.435.1775 . дои : 10.1145/280814.280950 . ISBN 978-0-89791-999-9 . S2CID 1411270 .

Внешние ссылки [ править ]

[1] Баскетт, Форест (1990). Материалы 17-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '90 . дои : 10.1145/97879 . ISBN 978-0-201-50933-5 . S2CID 12199502 . ^{[ нужна страница ]}

[2] Шофилд, Саймон (март 1994 г.). Нефотореалистичный рендеринг: критический анализ и предлагаемая система (Диссертация).

[3] «Официальный сайт Международного фестиваля и рынка анимационных фильмов в Анси» . www.annecy.org . Проверено 20 апреля 2018 г.

[4] «Архивная копия» . siggraph.org . Архивировано из оригинала 21 декабря 1996 года . Проверено 13 января 2022 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[5] Дрю, Кард (2002). «Нефотореалистичный рендеринг с помощью пиксельных и вершинных шейдеров». В Энгеле, Вольфганг Ф. (ред.). Direct3D Shaderx: советы и приемы вершинных и пиксельных шейдеров . 87Библиотека разработчиков игр Wordware. Издательство Wordware. стр. 319–333. CiteSeerX 10.1.1.360.918 . ISBN 978-1-55622-041-8 .

[6] Бенар, Пьер; Герцманн, Аарон (2019). «Линейные рисунки из 3D-моделей: Учебное пособие». Основы и тенденции в компьютерной графике и зрении . 11 (1–2): 1–159. arXiv : 1810.01175 . дои : 10.1561/0600000075 . S2CID 52912187 .

[7] Розин, Пол; Колломос, Джон, ред. (2013). Художественная стилизация изображений и видео . Вычислительная визуализация и зрение. Том. 42. дои : 10.1007/978-1-4471-4519-6 . ISBN 978-1-4471-4518-9 . S2CID 40656135 . ^{[ нужна страница ]}

[8] Киприанидис, Ян Эрик; Колломос, Джон; Ван, Тинхуай; Айзенберг, Тобиас (май 2013 г.). «Состояние «Искусства»: Таксономия методов художественной стилизации изображений и видео» (PDF) . Транзакции IEEE по визуализации и компьютерной графике . 19 (5): 866–885. дои : 10.1109/TVCG.2012.160 . ПМИД 22802120 . S2CID 2656810 .

[9] Литвинович, Питер (1997). «Обработка изображений и видео для импрессионистического эффекта». Материалы 24-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '97 . стр. 407–414. дои : 10.1145/258734.258893 . ISBN 978-0-89791-896-1 . S2CID 13139308 .

[10] Сираиси, Мичио; Ямагучи, Ясуши (2000). «Алгоритм автоматического живописного рендеринга, основанный на аппроксимации изображения из локального источника». Материалы первого международного симпозиума по нефотореалистичной анимации и рендерингу - NPAR '00 . стр. 53–58. дои : 10.1145/340916.340923 . ISBN 978-1-58113-277-9 . S2CID 16915734 .

[11] Колломосс, JP; Холл, премьер-министр (2002). «Живописная визуализация с использованием выразительности изображения». Материалы 20-й конференции Eurographics UK . стр. 122–128. CiteSeerX 10.1.1.7.5383 . дои : 10.1109/EGUK.2002.1011281 . ISBN 978-0-7695-1518-2 . S2CID 9610948 .

[12] Гуч, Брюс; Кумб, Грег; Ширли, Питер (2002). «Художественный взгляд». Материалы второго международного симпозиума по нефотореалистичной анимации и рендерингу - NPAR '02 . п. 83. CiteSeerX 10.1.1.10.1761 . дои : 10.1145/508530.508545 . ISBN 978-1-58113-494-0 . S2CID 1146198 .

[13] Герцманн, Аарон; Джейкобс, Чарльз Э.; Оливер, Нурия; Керлесс, Брайан; Салезин, Дэвид Х. (2001). «Образные аналогии». Материалы 28-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным технологиям - SIGGRAPH '01 . стр. 327–340. CiteSeerX 10.1.1.119.5127 . дои : 10.1145/383259.383295 . ISBN 978-1-58113-374-5 . S2CID 2201072 .

[14] Брусси, Артур; Сараев, Андрей; Чир, Уильям (2020). «Вот и подошло: ретроспектива рендеринга Manifold Garden». Доклады конференции специальной группы по компьютерной графике и интерактивным технологиям . стр. 1–2. дои : 10.1145/3388767.3407385 . ISBN 978-1-4503-7971-7 . S2CID 221178781 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]