Mẹo kết xuất 3D animation mà bạn chưa biết

Kết xuất là một phần quan trọng trong quy trình sản xuất ở các studio sản xuất 3D animation. Đây là bước cuối cùng của giai đoạn sản xuất sản phẩm và cũng là bước đòi hỏi các kỹ thuật phức tạp của sản xuất 3D nói chung, kết xuất được gắn chặt với quy trình chiếu sáng 3D và VFX.

Trong quá trình kết xuất 3D animation, những gì đã được thực hiện trong mô hình 3D như: thiết bị, hoạt ảnh, đổ bóng, tạo kết cấu, VFX và ánh sáng sẽ được hợp nhất với nhau và hiển thị thành hình ảnh tĩnh 2D (khung hình). Các kết xuất sau đó sẽ được đưa vào giai đoạn hậu sản xuất của quy trình 3D animation. 

Hãy xem ngay các bước trong quy trình kết xuất 3D animation.

3D rendering là gì?

Bạn có thể hiểu theo cách đơn giản 3D rendering là quá trình tạo ra một hình ảnh dựa trên dữ liệu ba chiều được lưu trữ trên máy tính. Nó giống như chụp ảnh hoặc quay phim một cảnh 3D ảo.

Dựa trên nền tảng này, phần cứng và phần mềm kết xuất phải thực hiện rất nhiều phép tính toán học để chuyển dữ liệu của cảnh 3D thành hình ảnh. Do đó, toàn bộ giao diện của kết xuất cuối cùng được xác định bởi thông tin mô hình hóa, kết cấu, đổ bóng, ánh sáng và hoạt ảnh được kết hợp với nhau và được kết xuất, từng pixel một.

Công nghệ 3D rendering không chỉ giới hạn trong ngành hoạt hình 3D; nó ở khắp mọi nơi như: trên tạp chí, trên TV, trên bìa sách, trong quảng cáo và trên tất cả các phương tiện kỹ thuật số.

Render Passes trong kết xuất 3D animation là gì?

Việc kết xuất cảnh 3D thường được thực hiện trong nhiều lớp riêng biệt hoặc Render Passes, chẳng hạn như nền, tiền cảnh, bóng đổ, vùng sáng, vân vân. Các lớp này sau đó sẽ được thống nhất lại trong giai đoạn hậu kỳ.

Render pass cho phép kiểm soát nhiều hơn các khía cạnh khác nhau của một cảnh. Ví dụ: nếu bạn đang tạo ra một vụ nổ ô tô, thì ngọn lửa, khói và chính chiếc ô tô phát nổ sẽ được hiển thị riêng biệt. Bằng cách này, bạn sẽ có thể tinh chỉnh các điều chỉnh của mình, tạo các biến thể được kết xuất và chọn cái tốt nhất mà không cần phải kết xuất lại toàn bộ cảnh.

Các phương pháp kết xuất 3D linh hoạt 

Kế từ khi xuất hiện công nghệ 3D rendering, có rất nhiều phương pháp được phát triển dựa trên nhu cầu khác nhau, từ kết xuất khung dây không thực tế đến kết xuất các khung hình thực tế nâng cao. Mỗi phương pháp sẽ phù hợp với từng mục đích riêng. 

Về mặt tính toán thì quá trình rendering rất tốn kém, tuy nhiên với sự phát triển không ngừng về sức mạnh xử lý của máy tính, đặc biệt là trong những năm gần đây, đã cho phép chúng ta tạo ra các nội dung hoạt hình 3D với chất lượng cao hơn nhanh hơn rất nhiều.

Dựa trên lượng thời gian cần thiết để kết xuất một hình ảnh, các phương pháp kết xuất có thể được phân loại thành hai loại chung:

Kết xuất thời gian thực

Như tên cho thấy, các phương pháp kết xuất thời gian thực đủ nhanh để tính toán và hiển thị mức độ chân thực của ảnh cao nhất có thể trong thời gian thực cho các phương tiện tương tác như: trò chơi điện tử và mô phỏng ở tốc độ tối thiểu 20 khung hình/giây.

Hiển thị không theo thời gian thực

Phương tiện không tương tác như phim truyện, loạt phim hoạt hình hoặc hoạt hình ngắn có thể có nhiều chi tiết hơn và do đó cần nhiều thời gian hơn để hiển thị. Thời gian thêm này có thể cho phép các studio hoạt hình 3D tận dụng sức mạnh xử lý hạn chế để tạo ra nội dung hoạt hình với chất lượng cao hơn nhiều. Việc hiển thị từng khung hình có thể mất từ ​​vài giây đến vài ngày; tùy thuộc vào mức độ phức tạp của cảnh. Việc hiển thị các khung hình này được sắp xếp tuần tự với tỷ lệ phù hợp cuối cùng để tạo ra ảo giác chuyển động trong mắt người xem.

3 kỹ thuật dựng hình được sử dụng nhiều nhất

Mặc dù đã phân loại ở trên, nhưng vẫn có một số kỹ thuật tính toán để thực hiện quá trình kết xuất; mỗi cái đều có ưu và nhược điểm riêng. Những thuộc tính này làm cho mỗi một lựa chọn đúng theo cách riêng của nó. Chỉ một trong những kỹ thuật này sẽ được sử dụng trong một dự án duy nhất.

       1. Scanline

Kỹ thuật scanline hiển thị hình ảnh trên cơ sở đa giác thay vì pixel. Nó hữu ích nhất cho kết xuất thời gian thực hoặc phương tiện tương tác; trong đó tốc độ là một yếu tố quyết định. Nó có thể đạt được mức chất lượng chấp nhận được với tốc độ khung hình cao hơn nhiều khi kết hợp với ánh sáng nướng.

       2.  Ray tracing 

Ray tracing có khả năng đạt được hiệu ứng quang học lớn hơn với cái giá phải trả là tốc độ. Trong kỹ thuật này, một hoặc nhiều tia sáng được dò từ máy ảnh đến các đối tượng gần nhất và sau đó qua một số lần bật lên; tạo ra các hiệu ứng như phản xạ, khúc xạ, tán xạ và phân tán dựa trên vật liệu mà nó chạm vào.

Màu sắc của mỗi pixel cũng được tính toán dựa trên sự tương tác giữa tia sáng và chất liệu của các vật thể ảo xung quanh. Tính năng dò tia chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng như ảnh tĩnh hoặc hiệu ứng hình ảnh trong đó tốc độ không phải là yếu tố quan trọng và vấn đề về quang thực.

       3.  Radiosity

Radiosity là một kỹ thuật tính toán từng bề mặt, độc lập với máy ảnh, giải thích cho sự chiếu sáng gián tiếp hoặc ánh sáng khuếch tán dội lại. Sự chiếu sáng trên một bề mặt không chỉ đến trực tiếp từ các nguồn sáng mà còn từ các bề mặt khác phản xạ ánh sáng. Bóng đổ chia độ mềm và chảy máu màu là một trong những đặc điểm chính của kết xuất được tạo ra bởi kỹ thuật Radiosity. Là một kỹ thuật độc lập với quan điểm cũng dẫn đến việc tăng tính toán và do đó thời gian hiển thị. Nhưng về chất lượng và mức độ quang học, nó chắc chắn sẽ rất đáng giá.

3D rendering engine là gì?

3D rendering engine là một mô-đun trong phần mềm 3D chịu trách nhiệm thực hiện các phép tính cần thiết để tạo ra kết quả đồ họa của một cảnh 3D. Nói cách khác, công cụ kết xuất lấy các mô hình 3D cũng như dữ liệu máy ảnh, kết cấu, ánh sáng và đổ bóng và biến chúng thành một chuỗi pixel có thể được hiển thị dưới dạng hình ảnh.

Các công cụ kết xuất tận dụng sức mạnh xử lý của CPU hoặc GPU chủ để thực hiện các phép tính trong quá trình render. Ngày nay, nhiều công cụ kết xuất có sẵn trên thị trường; ở dạng công cụ kết xuất độc quyền của gói phần mềm, một trình cắm thêm hoặc một công cụ độc lập. Tuy nhiên, có một số công cụ kết xuất được sử dụng phổ biến nhất trong ngành hoạt hình 3D.

Rendering engine tốt nhất là công cụ nào?

Có rất nhiều công cụ kết xuất hiện có sẵn bao gồm Arnold, Redshift, Renderman, V-Ray, Corona, v.v. Tại đây, chúng tôi sử dụng hai công cụ này:

Arnold

Arnold là một công cụ kết xuất 3D animation theo dõi Ray tracing phù hợp nhất cho các bộ phim 3D animation và hiệu ứng hình ảnh có sẵn trong cả phiên bản CPU và GPU. Nhiều hãng phim hoạt hình trên toàn cầu, bao gồm cả Sony Pictures Imageworks, sử dụng Arnold làm công cụ kết xuất chính của họ. Nó là trình kết xuất tương tác được tích hợp sẵn cho các gói phần mềm Maya và 3Ds Max.

Một số tính năng chính của công cụ kết xuất Arnold bao gồm:

• Kết xuất ảnh chân thực
• Dễ sử dụng
• Bộ nhớ hiệu quả
• Dễ dàng chuyển sang

      2.  Redshift 

Các công cụ kết xuất 3D animation, đồ họa Redshift dựa trên GPU được thiết kế để giúp tạo tác phẩm nghệ thuật 3D nhanh hơn. Redshift là một công cụ kết xuất mạnh mẽ được tạo ra để kết xuất sản phẩm cao cấp, được phát triển bởi những người kỳ cựu về phần mềm và trò chơi điện tử. Một số lượng lớn các xưởng phim hoạt hình ở mọi quy mô và các cá nhân sáng tạo sử dụng công cụ kết xuất 3D này cho nhiều ứng dụng CG ngày nay.

Một số tính năng chính của công cụ kết xuất Redshift bao gồm:

• Dễ sử dụng
• Kết xuất tốc độ cực nhanh
• Tính linh hoạt và kết quả ảnh thực tế
• Tích hợp liền mạch
• Hỗ trợ trang trại kết xuất

Studio redering sử dụng phần cứng 3D rendering như thế nào?

Gần đây, sự gia tăng về sức mạnh xử lý của phần cứng kết xuất và đồng thời giá giảm khiến cho việc sản xuất phim 3D animation quy mô nhỏ có thể thực hiện được trên máy tính cá nhân. 

Tuy nhiên, các studio hoạt hình 3D như Dream Farm thường cần sử dụng thiết lập phần cứng hiệu quả hơn được gọi là “render farm” để tạo ra hình ảnh kết xuất nhanh hơn nhiều. Trang trại kết xuất là một cụm máy tính hiệu suất cao, được xây dựng dành riêng để hiển thị hình ảnh do máy tính tạo ra. 

Ví dụ: nếu một máy tính có thể kết xuất 400 khung hình trong 4 ngày, thì một trang trại kết xuất gồm 5 máy tính có thể làm điều tương tự trong 1 ngày hoặc thậm chí ít hơn, bằng cách chia nhỏ nó.

Kết xuát 3D animation được gắn chặt với quy trình chiếu sáng và 3D VFX, là bước phức tạp về mặt kỹ thuật và cũng là bước cuối cùng của giai đoạn sản xuất phim hoạt hình 3D của quy trình. Tất cả các tính toán cần thiết để chuyển đổi mô hình 3D với tất cả các thuộc tính độc đáo của chúng thành hình ảnh tĩnh (và sau đó là video) sẽ được thực hiện trong giai đoạn này.

Ngoài 3D animation, 3D rendering là một phần không thể thiếu của nhiều ngành như kiến ​​trúc, VFX và phát triển sản phẩm. Do đó, ngày nay có rất nhiều phần mềm dựng hình đa dạng; mỗi cái phù hợp với một ứng dụng cụ thể nhất.

Mỗi cảnh của một video hoạt hình 3D thường được kết xuất thành nhiều lớp bao gồm các đối tượng, màu sắc, nền, nền trước, vân vân. Các lớp sẽ được tích hợp lại trong giai đoạn hậu sản xuất.

Nguồn: Dream Farm studio 

Các bạn có thể đọc thêm các bài viết hữu ích về kết xuất 3D animation tại RenderFarm của chúng tôi.