apa itu rendering?rendering adalah proses akhir dari keseluruhan proses pemodelan ataupun animasi komputer. Dalam rendering, semua data-data yang sudah dimasukkan dalam proses modeling, animasi, texturing, pencahayaan dengan parameter tertentu akan diterjemahkan dalam sebuah bentuk output. Dengan kata lain memproduksi citra yang lebih solid dari model yang telah dibentuk.Dalam proses membuat gambar/film 3D kita mengenal yang namanya teknik Rendering ini. Rendering merupakan salah satu sub topik utama dalam 3D computer graphics. Dan pada prakteknya selalu berhubungan dengan aspek-aspek yang lain. Seperti Graphic pipeline, yang merupakan tahapan terakhir, memberikan tampilan akhir pada model dan animasi.
Rendering tidak hanya digunakan pada game programming. Rendering juga sering digunakan untuk desain arsitektur, simulator, movie atau juga spesial effect pada tayangan televisi, dan design visualization. Setiap bidang tadi mempunyai perbedaan dalam keseimbangan antara features dan tehnik dalam rendering. Terkadang rendering juga diintegrasikan dengan model yang lebih besar, paket animasi, terkadang juga berdiri sendiri dan juga terkadang free open-source product.
Dalam bidang 3D Graphics sendiri rendering harus dilakukan secara cermat dan teliti. Maka dari itu terkadang dilakukan pre rendering sebelum rendering dilaksanakan. Per rendering sendiri adalah proses pengkomputeran secara intensif ,yang biasanya digunakan untuk pembuatan film, menggunakan graphics card dan 3D hardware accelerator untuk penggunaan real time rendering.
Rendering juga merupakan sebuah proses untuk menghasilkan sebuah citra 2D dari data 3D. Prose ini bertujuan untuk untuk memberikan visualisasi pada user mengenai data 3D tersebut melalui monitor atau pencetak yang hanya dapat menampilkan data 2D.
1. Metode Rendering
Metode rendering yang paling sederhana dalam grafika 3D :
- Wireframe rendering
Wireframe yaitu Objek 3D dideskripsikan sebagai objek tanpa permukaan. Pada wireframe rendering, sebuah objek dibentuk hanya terlihat garis-garis yang menggambarkan sisi-sisi edges dari sebuah objek. Metode ini dapat dilakukan oleh sebuah komputer dengan sangat cepat, hanya kelemahannya adalah tidak adanya permukaan, sehingga sebuah objek terlihat tranparent. Sehingga sering terjadi kesalahpahaman antara siss depan dan sisi belakang dari sebuah objek.
- Hidden Line Rendering
Metode ini menggunakan fakta bahwa dalam sebuah objek, terdapat permukaan yang tidak terlihat atau permukaan yang tertutup oleh permukaan lainnya. Dengan metode ini, sebuah objek masih direpresentasikan dengan garis-garis yang mewakili sisi dari objek, tapi beberapa garis tidak terlihat karena adanya permukaan yang menghalanginya.
Metode ini lebih lambat dari dari wireframe rendering, tapi masih dikatakan relatif cepat. Kelemahan metode ini adalah tidak terlihatnya karakteristik permukaan dari objek tersebut, seperti warna, kilauan (shininess), tekstur, pencahayaan, dll.
- Shaded Rendering
Pada metode ini, komputer diharuskan untuk melakukan berbagai perhitungan baik pencahayaan, karakteristik permukaan, shadow casting, dll. Metode ini menghasilkan citra yang sangat realistik, tetapi kelemahannya adalah lama waktu rendering yang dibutuhkan.
2. Teknik Solid Modelling
Solid modeling adalah teknik representasi (pemodelan) objek padat yang disesuaikan dengan computer processing. Jenis pemodelan yang lain meliputi surface modelling(biasanya digunakan pada otomotif dan design customer product selain juga digunakan untuk pembuatan animasi) dan wire frame model. Tidak seperti pada surface modelling dan wire frame modelling, solid modelling menjamin bahwa tiap permukaan akan bertemu secara tepat dan benar secara geometri. Solid modelling sendiri adalah contoh CAD teknologi yang paling kompleks. Karena pemodelan ini mensimulasikan objek secara internal maupun external.
Kegunaan utama dari solid modelling in adalah untuk CAD, engineering analysis, computer graphics dan animasi, rapid prototyping, medical testing, product visualization dan visualisasi dari scientific research.
Solid modelling pada awalnya dibuat untuk keperluan constructive solid geometry(CSG) atau boundary representation(B-REP) untuk mendefinisikan bentuk solid. Dimulai pada akhir 1980 -an solid modelling mulai dikembangkan menjadi solid modelling contruction tehnique atau biasa disebut parametric feature based solid modelling. Pengembangan ini membuat solid modelling menjadi lebih mudah dan menambah jumlah pengguna solid modelling di seluruh dunia.
Berikut ini adalah beberapa teknik yang dapat digunakan untuk Rendering Solid Modeling :
ü Sweeping
· Sebuah area fitur yang "disapu keluar" dengan memindahkan primitif sepanjang path untuk membentuk suatu solid feature. Fitur ini dapat menambahkan objek ( "extrusion") atau menghilangkan material ( "cutter path").
· Biasa juga dikenal sebagai 'sketch based modeling'.
· Menggunakan teknik analog seperti extrusion, milling, lathe dan lain-lain.
ü Boundary representation (BRep)
· Sebuah Objek solid direpresentasikan oleh sebuah batas-batas dari permukaan Objek (edge / boundary surface) yang kemudian diberi isi untuk menjadikannya solid.
· Biasa dikenal juga sebagai 'surfacing'.
· Menggunakan teknik analog seperti; Injection moulding, casting, forging, thermoforming, dll.
ü Parameterized primitive instancing.
· Sebuah Objek yang dispesifikasikan pada library dan dibentuk dengan mengubah parameter primitif-nya.
· Contohya, tabung dibuat pada library, model tabung ini akan digunakan untuk model semua tabung untuk semua ukuran.
ü Spatial occupancy enumeration (voxel)
· Suatu ruang vector dibagi menjadi sel-sel kecil dimana suatu Objek direpresentasikan dengan himpunan Objek yang ditempatnya..
ü Cellular decomposition
· Hampir mirip dengan "spatial occupancy", tetapi sel-selnya tidak regular, maupun "prefabricated".
ü Constructive solid geometry (CSG)
· Objek sederhana (primitives) yang digabung dengan menggunakan operasi boolean (union, difference, intersection) dan transformasi linear.
· Special struktur datanta disebut CSG-tree, dimana primitives adalah leaves-nya dan operasi bolean sebagai nodenya.
ü Function representation (FRep)
· Setiap Objek diwakili oleh sebuah fungsi nyata dari titik koordinat. Titik berada diluar Objek jika fungsi bernilai negatif, didalam Objek jika fungsi bernilai positif dan tepat pada garis batas jika fungsi bernilai nol (isosurface).
· Fungsinya di evaluasi pada sebuah titik dengan menelusuri struktur tree mirip dengan CSG-tree.
· Representasi ini dapat di convert menjadi BRep dengan menggunakan algortima polygonization, contohnya untuk , algoritma “marching cubes algorithm”.
ü Feature based modeling
· kombinasi kompleks dari Objek-Objek dan operator-operato yang dianggap sebagai suatu kesatuan yang dapat dimodifikasi dan diduplikasi.
· Urutan dari operasi dicatat dalam sebuah “history tree”, dan perubahan parameter dapat dilakukan melalui tree-nya.
ü Parametric modeling
· Atribut dari fitur-fitur yang sudah terparameterkan, memberikan label, daripada memberikan dimensi numerik, dan hubungan antara parameter dalam model dapat dilacak, untuk merubah nilai-nilai numerik parameter lebih mudah..
· Hamper selalu digabungkan dengan parametric feature based modeling.
ü Facet modeling
· Membentuk permukaan objek luar dari volume dari setiap plane segitiga, Sering digunakan dalam model fisik reverse engineering .
Parametric feature based modeler adalah computer aided design(CAD) software package yang memperbolehkan designer untuk mendefinisikan bentuk menggunakan fitur geometric ketimbang menggunakan CSG ataub-rep tehnik. Feature adalah higher order CAD entitas. Contohnya : jika seorang engineer ingin membuat design batu bata dengan lubang di tengahnya, lubang itulah yang dinamakan feature pada batu bata itu.
Parametric feature based modeler menggunakan change states untuk mengolah informasi mengenai suatu pembentukan model dan juga digunakan untuk menentukan batasan diantara entitas geometric. Kemampuan yang memperbolehkan user untuk membuat modifikasi pada setiap state dan untuk men-generate model dengan boundary representation sesuai dengan modifikasi yang dilakukan sebelumnya dinamakan transmigration operation.
Tranmigration operation adalah perubahan pada beberapa bagian yang harus dipropagasi untuk merubah bagian yang lain yang berhubungan dengan bagian yang pertama. Atau lebih mudahnya dapat kita artikan bahwa tranmigration operation adalah perubahan suatu bagian saat bagian yang lain berubah.
Euler boolean operation adalah serial yang digunakan untuk melakukan modifikasi pada solid modelling yang mengacu pada euler characteristics pada boundary representation pada setiap tahapan. Beberapa dari boolean ueler ini disimpan pada change state, hanya untuk merepresentasikan model sehingga dapat direalisasikan secara realistis.
3. Proses Rendering dari Objek 3D
Secara umum, proses untuk menghasilkan rendering dua dimensi dari objek-objek 3D melibatkan 5 komponen utama :
- Geometri
- Kamera
Dalam grafika 3D, sudut pandang (point of view) adalah bagian dari kamera. Kamera dalam grafika 3D biasanya tidak didefinisikan secara fisik, namun hanya untuk menentukan sudut pandang kita pada sebuah world, sehingga sering disebut virtual camera. Sebuah kamera dipengaruhi oleh dua buah faktor penting.
Faktor pertama adalah lokasi (camera location). Lokasi sebuah kamera ditentukan dengan sebuah titik (x,y,z).
Faktor kedua adalah arah pandang kamera. Arah pandang kamera ditunjukkan dengan sebuah sistem yang disebut system koordinat acuan pandang atau sistem (U,N,V). Arah pandang
kamera sangat penting dalam membuat sebuah citra, karena letak dan arah pandang kamera menentukan apa yang terlihat oleh sebuah kamera. Penentuan apa yang dilihat oleh kamera
biasanya ditentukan dengan sebuah titik (x,y,z) yang disebut camera interest.
Pada kamera, dikenal field of view yaitu daerah yang terlihat oleh sebuah kamera.Field of view pada grafika 3D berbentuk piramid, karena layar monitor sebuah komputer berbentuk segiempat. Objekobjek yang berada dalam field of view ini akan terlihat dari layar monitor, sedang objek-objek yang berada di luar field of view ini tidak terlihat pada layar monitor. Field of view ini sangat penting dalam pemilihan objek yang akan diproses dalam rendering. Objekobjek diluar field of view biasanya tidak akan diperhitungkan, sehingga perhitungan dalam proses rendering, tidak perlu dilakukan pada seluruh objek.
- Cahaya
Sumber cahaya pada grafika 3D merupakan sebuah objek yang penting, karena dengan cahaya ini sebuah world dapat terlihat dan dapat dilakukan proses rendering. Sumber cahaya ini juga membuat sebuah world menjadi lebih realistis dengan adanya bayangan dari objek-objek 3D
yang ada. Sebuah sumber cahaya memiliki jenis. Pada grafika 3D
dikenal beberapa macam sumber cahaya, yaitu :
a. point light
memancar ke segala arah, namun intensitas cahaya yang diterima objek bergantung dari posisi sumber cahaya. Tipe ini mirip seperti lampu pijar dalam dunia nyata.
b. spotlight
memancarkan cahaya ke daerah tertentu dalam bentuk kerucut. Sumber cahaya terletak pada puncak kerucut. Hanya objek-objek yang terletak pada daerah kerucut tersebut yang akan nampak.
c. ambient light
cahaya latar/alam. Cahaya ini diterima dengan intensitas yang sama oleh setiap permukaan pada benda. Cahaya latar tersebut dimodelkan mengikuti apa yang terjadi di alam, diaman dalam keadaan tanpa sumber cahaya sekalipun, benda masih dapat dilihat.
d. area light
e. directional light
memancarkan cahaya dengan intensitas sama ke suatu arah tertentu. Letak tidak mempengaruhi intensitas cahayanya. Tipe ini dapat menimbulkan efek seolah-olah sumber cahaya berada sangat jauh dari objek
f. parallel point
sama dengan directional, hanya pencahayaan ini memiliki arah dan posisi.
Model dari pencahayaan, dipakai untuk menghitung intensitas dari cahaya yang terlihat dari setiap posisi pada setiap permukaan benda yang terlihat oleh kamera. Ketika melihat sebuah benda, terlihat cahaya yang dipantulkan dari permukaan benda, dimana cahaya ini merupakan intregrasi dari sumber-sumber cahaya serta cahaya yang berasal dari pantulan cahaya permukaan-permukaan yang lain. Karena itu benda-benda yang tidak langsung menerima cahaya dari sumber cahaya, masih mungkin terlihat bila menerima cahaya pantulan yang cukup dari
benda didekatnya.
Model sederhana dari sumber cahaya adalah sebuah titik sumber, dimana dari titik ini cahaya dipancarkan. Perhitungan pencahayaan bergantung pada sifat dari permukaan yang terkena cahaya, kondisi dari cahaya latar serta spesifikasi sumber cahaya.
Semua sumber cahaya dimodelkan sebagai sumber titik yang dispesifikasikan dengan :
a. Lokasi; Lokasi (x,y,z) dari sebuah sumber cahaya akan menentukan pengaruhnya terhadap sebuah objek.
b. Intensitas; Intensitas cahaya menyatakan kekuatan cahaya yang dipancarkan oleh sebuah sumber cahaya. Parameter ini merupakan angka, yang biasanya makin besar nilainya, makin terang sumber cahaya tersebut.
c. Warna; Warna cahaya dari sumber ini akan mempengaruhi warna dari sebuah objek, jadi selain warna objek tersebut warna cahaya yang jatuh pada objek tersebut akan mempengaruhi warna pada rendering. Warna cahaya ini biasanya terdiri dari 3 warna dasar grafika komputer, yaitu: merah, hijau, biru atau lebih dikenal dengan RGB.
- Karakteristik Permukaan
Karakteristik permukaan dari sebuah objek adalah sifat dari permukaan sebuah objek. Karakteristik permukaan ini meliputi: warna, tekstur, sifat permukaan, seperti kekasaran (roughness), refleksifitas, diffuseness (jumlah cahaya yang dipantulkan oleh objek), transparansi, dan lain-lain.
Parameter Warna dalam karakteristik permukaan direpresentasikan dengan tiga warna dasar, yaitu RGB. Saat rendering, warna pada sebuah objek tergantung dari warna dalam karakteristik permukaan dan warna cahaya yang mengenainya. Jadi citra hasil rendering mungkin akan memiliki warna yang sedikit berbeda dengan warna objek tersebut.
Parameter tekstur direpresentasikan dengan sebuah nama file. File ini akan menjadi tekstur pada permukaan objek tersebut. Selain itu juga ada beberapa parameter dalam tekstur yang berguna untuk menentukan letak tekstur pada sebuah objek, sifat tekstur, perulangan tekstur, dan lain-lain.
Sifat Permukaan, seperti diffuseness, refleksisifitas, dan lain-lain direpresentasikan dengan sebuah nilai. Nilai ini menentukan sifat dari parameter-parameter tersebut. Misalnya pada roughness, makin besar nilai parameternya, makin kasar objek tersebut.
- Algoritma Rendering
Algoritma Rendering adalah prosedur yang digunakan oleh suatu program untuk mengerjakan perhitungan untuk menghasilkan citra 2D dari data 3D. Kebanyakan algoritma rendering yang ada saat ini menggunakan pendekatan yang disebut scan-line
rendering berarti program melihat dari setiap pixel, satu per satu, secara horizontal dan menghitung warna di pixel tersebut. Saat ini dikenal 3 algoritma :
Ray-Casting
Ray-Tracing
Radiosity
4. Teknik Rendering Permukaan
Melakukan perhitungan dengan model pencahayaan untuk semua titik yg tampak. Ray-tracing, melakukan interpolasi untuk titik-titik pada permukaan dari sekumpulan intensitas hasil perhitungan dengan model pencahayaan.
Kelanjutan ide Ray-Casting :
- Sinar’ diteruskan (memantul ke / menembus objek lain)
- Mencatat semua kontribusi terhadap intensitas suatu titik
- Untuk mendapatkan efek pantulan _ dan transmisi secara global
Ray-Tracing dasar :
- Deteksi permukaan tampak, efek bayangan, transparansi, pencahayaan dengan beberapa sumber cahaya
Pengembangan Ray-Tracing:
- Tampilan fotorealistik (terutama objek mengkilap)
- Scan-line
a. Permukaan = polygon
b. Aplikasi model pencahayaan:
- Perhitungan intensitas tunggal untuk masing-masing polygon
- Intensitas tiap titik pada poligon didapat dengan cara interpolasi
c. Algoritma:
- Flat (constant-intensity) shading
- Intensitas tunggal untuk setiap polygon
- Semua titik dalam poligon ditampilkan dengan intensitas yang sama
- Sering digunakan untuk mendapat tampilan cepat dari objek
- Akurat dengan asumsi: Objek = polihedron (bukan aproksimasi kurva), Sumber cahaya cukup jauh (N.L konstan), Pengamat cukup jauh (V.R konstan)
- Bisa disiasati dengan memperkecil polygon Facet
- Gouraud shading
- Rendering poligon dengan interpolasi linear terhadap nilai-nilai intensitas vertex (titik sudut poligon)
- Nilai intensitas untuk tiap polygon disesuaikan dengan poligon lain yang bersebelahan untuk mengurangi discontinuity (seperti yg terjadi pada flat shading)
- Phong shading
- Interpolasi terhadap vektor normal
- Model pencahayaan diterapkan pada semua titik pada permukaan Memberikan highlight yang lebih realistik dan mereduksi efek Machband.
sumber : http://my.opera.com/taniadwy/blog/index.dml
