Renderização não fotorrealista

Um shader normal (esquerda) e um shader NPR usando cel-shading (direita)

A renderização não fotorrealista ( NPR ) é uma área da computação gráfica que se concentra em permitir uma ampla variedade de estilos expressivos para arte digital, em contraste com a computação gráfica tradicional , que se concentra no fotorrealismo . A NPR é inspirada por outras modalidades artísticas, como pintura , desenho , ilustração técnica e desenhos animados . A NPR apareceu em filmes e videogames na forma de animação cel-shaded (também conhecida como sombreamento " toon "), bem como emvisualização científica , ilustração arquitetônica e animação experimental . [ citação necessária ]

História e crítica do termo

Acredita-se que o termo renderização não fotorrealista tenha sido cunhado pelo comitê de artigos SIGGRAPH 1990, que realizou uma sessão intitulada "Renderização não fotorrealista". [1] [2]

O termo recebeu algumas críticas:

  • O termo " fotorrealismo " tem significados diferentes para pesquisadores gráficos (consulte " renderização fotorrealista ") e artistas. Para os artistas – que são os consumidores-alvo das técnicas NPR – refere-se a uma escola de pintura que se concentra em reproduzir o efeito de uma lente de câmera , com todas as distorções e hiper-reflexos [ definição necessária ] que ela cria. Para os pesquisadores gráficos, no entanto, refere-se a uma imagem visualmente indistinguível da realidade. Na verdade, os pesquisadores gráficos agrupam os tipos de distorções visuais que são usados ​​por pintores fotorrealistas em "não-fotorrealismo".
  • Descrever algo pelo que não é é problemático. Comparações equivalentes (inventadas) podem ser "biologia não-elefante" ou "matemática não geométrica". Os pesquisadores da NPR afirmaram que esperam que o termo desapareça eventualmente e seja substituído pelo termo agora mais geral "gráficos de computador", com "gráficos fotorrealistas" sendo o termo usado para descrever gráficos de computador "tradicionais". [ citação necessária ]
  • Muitas técnicas usadas para criar imagens 'não fotorrealistas' não são técnicas de renderização . São técnicas de modelagem, ou técnicas de pós-processamento. Enquanto o último está se tornando conhecido como 'renderização baseada em imagem', as técnicas de modelagem baseadas em esboços não podem ser tecnicamente incluídas neste título, o que é muito inconveniente para os organizadores de conferências.

A primeira conferência sobre animação não fotorrealista e renderização [ quando? ] incluiu uma discussão de possíveis nomes alternativos. Entre os sugeridos estavam "gráficos expressivos", "renderização artística", "gráficos não realistas", "renderização baseada em arte" e "psicografia". Todos esses termos foram usados ​​em vários trabalhos de pesquisa sobre o assunto, mas o termo "não fotorrealista" parece ter se estabelecido.

A primeira reunião técnica dedicada ao NPR foi o Simpósio de Renderização e Animação Não Fotorrealista (NPAR) patrocinado pela ACM em 2000. O NPAR é tradicionalmente co-localizado com o Annecy Animated Film Festival, [3] ocorrendo em anos pares. A partir de 2007, o NPAR passou a operar também em anos ímpares, co-localizado com o ACM SIGGRAPH . [4]

3D

Um exemplo de NPR usado para ilustrações técnicas

NPR tridimensional é o estilo mais comumente visto em videogames e filmes. A saída dessa técnica é quase sempre um modelo 3D que foi modificado a partir do modelo de entrada original para retratar um novo estilo artístico. Em muitos casos, a geometria do modelo é idêntica à geometria original, e apenas o material aplicado na superfície é modificado. Com maior disponibilidade de GPUs programáveis , os sombreadores permitiram que efeitos NPR fossem aplicados à imagem rasterizada que será exibida na tela. [5] A maioria das técnicas NPR aplicadas à geometria 3D destina-se a fazer a cena parecer bidimensional.

As técnicas NPR para imagens 3D incluem cel shading e Gooch shading .

Muitos métodos podem ser usados ​​para desenhar contornos estilizados e traços de modelos 3D, incluindo contornos de oclusão e contornos sugestivos. [6]

Para maior legibilidade, as ilustrações técnicas mais úteis para comunicação técnica não são necessariamente fotorrealistas. Renderizações não fotorrealistas, como diagramas de vista explodida , auxiliam muito na exibição da colocação de peças em um sistema complexo.

2D

Uma renderização não fotorrealista de uma imagem 2D (fotográfica) existente
original aqui

A entrada para um sistema NPR bidimensional é tipicamente uma imagem ou vídeo. A saída é uma renderização tipicamente artística dessa imagem de entrada (por exemplo, em estilo aquarela, pictórico ou esboçado), embora alguns NPR 2D sirvam a propósitos não artísticos, por exemplo, visualização de dados.

A renderização artística de imagens e vídeos (muitas vezes referida como estilização de imagem [7] ) tradicionalmente focada em algoritmos heurísticos que buscam simular a colocação de pinceladas em uma tela digital. [8]

Indiscutivelmente, o exemplo mais antigo de NPR 2D é ' Pintar por números ' de Paul Haeberli no SIGGRAPH 1990. Isso (e técnicas interativas semelhantes) fornece ao usuário uma tela que ele pode "pintar" usando o cursor - enquanto o usuário pinta , uma versão estilizada da imagem é revelada na tela. Isso é especialmente útil para pessoas que desejam simular diferentes tamanhos de pinceladas de acordo com diferentes áreas da imagem.

Posteriormente, operações básicas de processamento de imagem usando operadores de gradiente [9] ou momentos estatísticos [10] foram usadas para automatizar esse processo e minimizar a interação do usuário no final dos anos noventa (embora o controle artístico permaneça com o usuário por meio da configuração de parâmetros dos algoritmos). Essa automação permitiu a aplicação prática de NPR 2D em vídeo, pela primeira vez nas pinturas vivas do filme What Dreams May Come (1998).

Técnicas de abstração de imagem mais sofisticadas foram desenvolvidas no início dos anos 2000, aproveitando operadores de visão computacional, por exemplo, operadores de saliência de imagem [11] ou segmentação [12] para direcionar a colocação de traços. Por volta dessa época, o aprendizado de máquina começou a influenciar os algoritmos de estilização de imagem, notavelmente a analogia de imagem [13] , que poderia aprender a imitar o estilo de uma obra de arte existente.

O advento do aprendizado profundo reacendeu a atividade na estilização de imagens, principalmente com algoritmos de transferência de estilo neural (NST) que podem imitar uma ampla gama de estilos artísticos a partir de exemplos visuais únicos. Esses algoritmos sustentam aplicativos móveis capazes do mesmo, por exemplo, Prisma

Além dos métodos de estilização acima, uma classe relacionada de técnicas em 2D NPR aborda a simulação de mídia artística. Esses métodos incluem a simulação da difusão de tinta através de diferentes tipos de papel , e também de pigmentos através da água para simulação de aquarela .

renderização artística

A renderização artística é a aplicação de estilos de arte visual à renderização. Para estilos de renderização fotorrealistas , a ênfase está na reprodução precisa de luz e sombra e nas propriedades de superfície dos objetos representados, composição ou outras qualidades mais genéricas. Quando a ênfase está em estilos de renderização interpretativos únicos, a informação visual é interpretada pelo artista e exibida de acordo com o meio de arte escolhido e o nível de abstração na arte abstrata . Em computação gráfica , estilos de renderização interpretativos são conhecidos como estilos de renderização não fotorrealistas, mas podem ser usados ​​para simplificar ilustrações técnicas. Estilos de renderização que combinam fotorrealismo com não fotorrealismo são conhecidos como estilos de renderização hiper-realistas .

filmes e jogos notáveis

Esta seção lista alguns usos seminais de técnicas NPR em filmes, jogos e software. Consulte animação cel-shaded para obter uma lista de usos de toon-shading em jogos e filmes.

Filmes curtos
Ameaça Tecnológica 1988 Uso precoce de toon shading junto com personagens de desenhos animados no estilo Tex Avery
Planeta Gás 1992 Renderização 3D com esboço a lápis por Eric Darnell
pescaria 2000 Renderização 3D estilo aquarela David Gainey
Lanches e bebidas RoadHead
1998
1999
Curtas-metragens criados com Rotoshop por Bob Sabiston
Ryan 2004 Projeção não linear e outras distorções da geometria 3D
A menina que chorava flores 2008 Renderização em estilo aquarela por Auryn
Longas-metragens
Que sonhos podem vir 1998 Renderização pictórica na sequência "mundo pintado"
Tarzan 1999 Primeiro uso do sistema "Deep Canvas" da Disney
vida desperta 2001 Primeiro uso do rotoshop em um longa-metragem
Um scanner obscuro 2006 "um processo de animação de 15 meses"
Videogames e outros softwares
rádio jet set 2000 Uso precoce de toon-shading em videogames
SketchUp 2000 Software de modelagem semelhante a um esboço com renderização toon
A Lenda de Zelda: O Wind Waker 2002 Um dos jogos cel-shaded mais conhecidos
Valkyria Chronicles 2008 Usa várias técnicas NPR no jogo, incluindo um método de sombreamento semelhante a um esboço
XIII 2003 Um jogo feito o mais "quadrinho" possível
Ōkami 2006 Um jogo cujos visuais emulam o estilo de sumi-e (pintura a tinta japonesa)
Guilty Gear Xrd 2014 Jogo de luta usando personagens 3D cel-shaded com animação limitada para imitar a aparência de sprites 2D
Vue Xstream 2015 Software de criação de ambiente 3D apresentando um renderizador NPR com várias predefinições de emulação de estilo de arte tradicional
Retorno do Obra Dinn 2018 Um jogo 3D renderizado em um estilo pontilhista monocromático exclusivo
jardim múltiplo 2019 Um jogo de quebra-cabeça 3D usando geometria impossível , notável por suas novas técnicas de sombreamento de borda. [14]

Referências

  1. ^ Baskett, Floresta (1990). Anais da 17ª Conferência Anual sobre Computação Gráfica e Técnicas Interativas - SIGGRAPH '90 . doi : 10.1145/97879. ISBN 978-0-201-50933-5. S2CID  12199502.[ página necessária ]
  2. ^ Schofield, Simon (março de 1994). Renderização não fotorrealista: um exame crítico e sistema proposto (Tese).
  3. ^ "Site officiel du Festival et du Marché international du film d'animation d'Annecy" . www.annecy.org . Acesso em 20 de abril de 2018 .
  4. ^ "Cópia arquivada" . siggraph.org . Arquivado do original em 21 de dezembro de 1996 . Acesso em 13 de janeiro de 2022 .{{cite web}}: CS1 maint: cópia arquivada como título ( link )
  5. ^ Desenhou, cartão (2002). "Renderização não fotorrealista com pixel e sombreadores de vértice". Em Engel, Wolfgang F. (ed.). Direct3D Shaderx: dicas e técnicas de sombreamento de vértice e pixel . 87Wordware Game Developer's Library. Publicação de Wordware. pp. 319–333. CiteSeerX 10.1.1.360.918 . ISBN  978-1-55622-041-8.
  6. ^ Bénard, Pierre; Hertzmann, Aaron (2019). "Desenhos de linha de modelos 3D: um tutorial". Fundamentos e Tendências em Computação Gráfica e Visão . 11 (1–2): 1–159. arXiv : 1810.01175 . doi : 10.1561/0600000075. S2CID  52912187.
  7. ^ Rosin, Paul; Colomosse, John, eds. (2013). Estilização Artística Baseada em Imagem e Vídeo . Imagem Computacional e Visão. Vol. 42. doi : 10.1007/978-1-4471-4519-6. ISBN 978-1-4471-4518-9. S2CID  40656135.[ página necessária ]
  8. ^ Kyprianidis, Jan Eric; Colomosse, John; Wang, Tinghuai; Isenberg, Tobias (maio de 2013). "Estado da 'Arte': Uma Taxonomia de Técnicas de Estilização Artística para Imagens e Vídeo" (PDF) . IEEE Transações em Visualização e Computação Gráfica . 19 (5): 866–885. doi : 10.1109/TVCG.2012.160. PMID  22802120. S2CID  2656810.
  9. ^ Litwinowicz, Peter (1997). "Processamento de imagens e vídeo para um efeito impressionista". Anais da 24ª Conferência Anual sobre Computação Gráfica e Técnicas Interativas - SIGGRAPH '97 . pp. 407–414. doi : 10.1145/258734.258893. ISBN 978-0-89791-896-1. S2CID  13139308.
  10. ^ Shiraishi, Michio; Yamaguchi, Yasushi (2000). "Um algoritmo para renderização automática de pintura com base na aproximação da imagem de origem local". Anais do primeiro simpósio internacional de animação e renderização não fotorrealista - NPAR'00 . pp. 53–58. doi : 10.1145/340916.340923. ISBN 978-1-58113-277-9. S2CID  16915734.
  11. ^ Colomosse, JP; Salão, PM (2002). "Renderização pictórica usando saliência de imagem" . Anais da 20ª Conferência da Eurographics UK . pp. 122–128. CiteSeerX 10.1.1.7.5383 . doi : 10.1109/EGUK.2002.1011281. ISBN  978-0-7695-1518-2. S2CID  9610948.
  12. ^ Gooch, Bruce; Coombe, Greg; Shirley, Peter (2002). "Visão Artística". Anais do segundo simpósio internacional de animação e renderização não fotorrealista - NPAR '02 . pág. 83. CiteSeerX 10.1.1.10.1761 . doi : 10.1145/508530.508545. ISBN  978-1-58113-494-0. S2CID  1146198.
  13. ^ Hertzmann, Aaron; Jacobs, Charles E.; Oliver, Núria; Curless, Brian; Salesin, David H. (2001). "Analogias de imagens". Anais da 28ª Conferência Anual de Computação Gráfica e Técnicas Interativas - SIGGRAPH '01 . pp. 327–340. CiteSeerX 10.1.1.119.5127 . doi : 10.1145/383259.383295. ISBN  978-1-58113-374-5. S2CID  2201072.
  14. ^ Brussee, Arthur; Saraev, André; Chyr, William (2020). "Isso é um embrulho: retrospectiva de renderização do Manifold Garden" . Palestras do Grupo de Interesse Especial em Computação Gráfica e Técnicas Interativas . pp. 1–2. doi : 10.1145/3388767.3407385. ISBN 978-1-4503-7971-7. S2CID  221178781.

Leitura adicional

Alguns papéis-chave no desenvolvimento da NPR são:

  • Haeberli, Paul (1990). "Pintar por números: representações abstratas de imagens". ACM SIGGRAPH Computação Gráfica . 24 (4): 207–214. CiteSeerX  10.1.1.94.8782 . doi : 10.1145/97880.97902.
  • Saito, Takafumi; Takahashi, Tokiichiro (1990). "Renderização compreensível de formas 3-D". ACM SIGGRAPH Computação Gráfica . 24 (4): 197–206. CiteSeerX  10.1.1.83.4139 . doi : 10.1145/97880.97901.
  • Cockshott, Malcolm Tunde (1991). Molhado e pegajoso: um novo modelo de pintura computadorizada (tese). ProQuest  2124902248.
  • Winkenbach, Georges; Salesin, David H. (1994). "Ilustração de caneta e tinta gerada por computador" . Anais da 21ª Conferência Anual sobre Computação Gráfica e Técnicas Interativas - SIGGRAPH '94 . pp. 91–100. doi : 10.1145/192161.192184. ISBN 978-0-89791-667-7. S2CID  3234749.
  • Salisbury, Michael P.; Anderson, Sean E.; Barzel, Ronen; Salesin, David H. (1994). "Ilustração interativa de caneta e tinta" . Anais da 21ª Conferência Anual sobre Computação Gráfica e Técnicas Interativas - SIGGRAPH '94 . pp. 101–108. doi : 10.1145/192161.192185. ISBN 978-0-89791-667-7. S2CID  1098501.
  • Meier, Barbara J. (1996). "Renderização pictórica para animação" . Anais da 23ª Conferência Anual de Computação Gráfica e Técnicas Interativas - SIGGRAPH '96 . pp. 477–484. CiteSeerX  10.1.1.126.7091 . doi : 10.1145/237170.237288. ISBN 978-0-89791-746-9. S2CID  1199189.
  • Gooch, Amy; Gooch, Bruce; Shirley, Peter; Cohen, Elaine (1998). "Um modelo de iluminação não fotorrealista para ilustração técnica automática". Proceedings of the 25th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques - SIGGRAPH '98 . pp. 447–452. CiteSeerX  10.1.1.435.1775 . doi : 10.1145/280814.280950. ISBN 978-0-89791-999-9. S2CID  1411270.

links externos

  • Wet and Sticky de Tunde Cockshott revisitado
  • Representação estilizada em computação gráfica: uma pesquisa anotada de recursos on-line da NPR
  • conferência NPAR
  • Blender NPR: Dedicado a estilizar e renderização não fotorrealista
  • Sistema NPR baseado em imagem online