O que é renderização? Saiba como funciona o processo de geração de imagens digitais

O que é renderização? Saiba como funciona o processo de geração de imagens digitais

Renderização é um processo da computação gráfica que transforma um conjunto de instruções em uma imagem digital 2D ou 3D. O procedimento gera o conteúdo visual de aplicações como jogos, simuladores e design gráfico. Entenda como o conceito funciona e quais são as suas principais técnicas.

O que é renderização? (imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

ÍndiceComo funciona a renderização de uma imagem?O que é mapeamento de texturas?O que é shading?O que é anti-aliasing?O que é motion blur?O que é profundidade de campo?Quais são as principais técnicas de renderização de imagem?Rasterização de imagemImagem vetorialRay tracingRay castingPath tracingRenderização neuralEm quais áreas a renderização gráfica é usada?Como funciona a renderização no videogame?Como funciona a renderização no design gráfico?Como funciona a renderização em filmes e animações?Como funciona a renderização no navegador web?

Como funciona a renderização de uma imagem?

A renderização ocorre quando uma imagem é gerada com base em um conjunto de instruções e dados que descrevem as suas características, como formas geométricas, cores, projeção de luzes e sombras, texturas e reflexos.

As instruções são baseadas em modelos bidimensionais (2D) ou tridimensionais (3D) que definem como o conteúdo gráfico deve ser gerado. No ambiente de um jogo, por exemplo, esses dados determinam parâmetros como dimensões do cenário, texturas dos objetos, onde sombras devem projetadas e cor de cada pixel.

Embora a renderização possa ser feita com uma CPU, é mais comum o uso de uma GPU para esse fim. Isso porque a computação gráfica costuma envolver uma grande quantidade de operações. As GPUs permitem que numerosas operações sejam realizadas simultaneamente por terem estrutura para processamento paralelo.

Renderização gráfica (imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog))

As GPUs são ainda mais importantes na geração de conteúdo 3D, que são imagens que dão noção de profundidade. Há dois tipos principais de renderização tridimensional:

Pré-renderização: o conteúdo gráfico final é gerado depois de as instruções e dados brutos serem apresentados. É usado na criação de animações detalhadas de filmes ou em trabalhos arquitetônicos, por exemplo;

Renderização em tempo real: as imagens são baseadas em modelos 2D ou 3D, mas geradas à medida que as instruções são apresentadas. É muito usado em aplicações cujo conteúdo visual depende da ação do usuário, como jogos.

O que é mapeamento de texturas?

O mapeamento de texturas é uma etapa da renderização que aplica uma ou mais superfícies 2D em um objeto tridimensional. Trata-se de um passo que adiciona contexto e detalhes a uma formação gráfica. Nos games em primeira pessoa, por exemplo, o mapa de textura forma as paredes ou os níveis de solo do ambiente.

O que é shading?

O shading é um processo da renderização que gera um efeito de iluminação sobre superfícies ou pontos específicos de elementos gráficos. Esse efeito pode variar em intensidade e alcance para aumentar a percepção de profundidade, mudar a perspectiva de um objeto ou simplesmente criar pontos de sombra.

Aplicação de shading (imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

O que é anti-aliasing?

Anti-aliasing é um método que atenua ou elimina o efeito de serrilhamento que se forma em elementos gráficos, sendo mais perceptível em seu contorno. Técnicas de anti-aliasing são frequentemente aplicadas nas etapas finais da renderização para aumentar a sensação de definição da imagem.

Aplicação de anti-aliasing (imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

O que é motion blur?

Motion blur é um efeito de desfoque de movimento que é aplicado sobre objetos gráficos para criar uma percepção de deslocamento. A técnica pode ser implementada com tempo de duração e extensão do rastro variadas. Com isso, é possível gerar sensação de velocidade em jogos de corrida, por exemplo.

Efeito de Motion blur (imagem: Stefans02/Flickr)

Não confunda
O desfoque de movimento gerado intencionalmente na renderização gráfica não deve ser confundido com o motion blur que ocorre em TVs e monitores. Nesses equipamentos, o efeito de borrão é causado por limitações técnicas, como tempo de resposta lento, e costuma prejudicar a qualidade da imagem.

O que é profundidade de campo?

A profundidade de campo aplica um efeito de foco ou desfoque sobre elementos gráficos em relação ao ponto de observação da imagem. Na computação gráfica, o conceito é usado para gerar uma percepção de distância, deixando um objeto em primeiro plano totalmente nítido enquanto o fundo fica desfocado, e vice-versa.

Quais são as principais técnicas de renderização de imagem?

Como a renderização é aplicada sobre elementos gráficos ou tipos de conteúdo distintos (como jogos e animações), várias técnicas foram desenvolvidas para o procedimento. As principais são descritas a seguir.

Rasterização de imagem

A rasterização é um processo no qual uma imagem bidimensional é formada pixel a pixel, com cada um deles representando uma cor. Quanto maior o número de pixels, mais detalhado é o conteúdo gerado. Imagens rasterizadas são armazenadas em formatos como PNG, JPEG e Bitmap.

Imagem vetorial

Imagem vetorial é aquela gerada a partir de linhas e pontos definidos com cálculos matemáticos. A imagem pode ter formas alteradas e dimensões ampliadas ou reduzidas sem que isso cause distorções, pois toda modificação é baseada em recálculos.

Traços e pontos de vetorização (imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

Ray tracing

Ray tracing (traçado de raios) é uma técnica que reproduz a forma como raios de luz são gerados no “mundo real” para reproduzir gráficos mais realistas em jogos 3D e animações. A técnica é suportada de modo nativo em placas de vídeo de linhas como Nvidia GeForce RTX e AMD Radeon RX.

Sem e com ray tracing (imagens originais: reprodução/Nvidia)

Ray casting

Ray casting é um método de renderização que gera imagens tridimensionais a partir de raios de luz que saem de um centro de projeção. Quando essa luz alcança um objeto gráfico, parâmetros como cor e brilho mudam de modo correspondente naquele ponto, aumentando o realismo da imagem.

Path tracing

Path tracing é um método de renderização usado para definir traçados que deixam a iluminação da imagem mais próxima da realidade. Difere do ray tracing e do ray casting por projetar os raios a partir de fontes de luz distribuídas na cena, e não da posição de observação.

Comparativo entre ray tracing, path tracing e rasterização (imagem: reprodução/Nvidia)

Renderização neural

A renderização neural é um método que usa redes neurais, um conceito atrelado à inteligência artificial, para gerar imagens a partir de um conjunto de cenas. O seu maior benefício é conseguir formar imagens realistas rapidamente, principalmente em chips que contam com NPU (unidade de processamento neural).

Em quais áreas a renderização gráfica é usada?

A renderização gráfica é usada em áreas como produção de jogos, design gráfico, animações e até navegação web. Confira, abaixo, as especificidades de cada aplicação.

Como funciona a renderização no videogame?

A renderização em tempo real é o método mais empregado nos jogos, pois as cenas e objetos precisam ser exibidos de acordo com a ação realizada pelo jogador. Essa dinâmica exige que o conteúdo seja produzido muito rapidamente, razão pela qual games com gráficos detalhados exigem GPUs avançadas.

Para aumentar o realismo visual ou permitir efeitos gráficos especiais, os jogos também podem aplicar técnicas de renderização como ray tracing e path tracing. Muitos títulos contam ainda com recursos que otimizam a renderização gráfica, como as tecnologias Nvidia DLSS e AMD FSR.

Jogo Call of Duty renderizado no Xbox (imagem: Ricardo Syozi/Tecnoblog)

Como funciona a renderização no design gráfico?

O design gráfico se beneficia de técnicas de pré-renderização por envolver aplicações nas quais os níveis de detalhamento importam mais do que a reprodução em tempo real, como projeto de produtos, modelagem 3D de componentes e trabalhos de comunicação visual.

Nesses segmentos, o uso de gráficos vetoriais é comum, mas imagens rasterizadas e técnicas como ray tracing também podem ser aplicadas, especialmente na fase de finalização do projeto. Como esses detalhes envolvem muito processamento, o design gráfico tende a exigir computadores com CPU e GPU de alto desempenho.

Como funciona a renderização em filmes e animações?

A renderização de vídeos baseados em computação gráfica é um processo que envolve aplicação de texturas, efeitos de movimento (como motion blur), sombras sobre objetos ou personagens, anti-aliasing, entre outros procedimentos. Nas animações mais sofisticadas, esse trabalho exige workstations avançadas.

Na produção de um longa-metragem ou de um série animada, a renderização pode demandar bilhões de arquivos e levar várias etapas para ser concluída. Por isso, estúdios como DreamWorks e Pixar usam datacenters para renderizar seus vídeos.

Processo de renderização de filme da Pixar (imagem: Museum of Science/Pixar)

Como funciona a renderização no navegador web?

Nos navegadores, a renderização consiste em transformar dados de códigos em HTML, CSS, JavaScript e outros padrões em informação visual. Dependendo do conteúdo a ser reproduzido, o navegador pode até usar aceleração por GPU para realizar esse trabalho com mais eficiência.
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O que é renderização? Saiba como funciona o processo de geração de imagens digitais
Fonte: Tecnoblog