Nefotorealistické vykreslování - Non-photorealistic rendering

Nefotorealistické vykreslování (NPR) je oblast počítačová grafika který se zaměřuje na umožnění široké škály expresivních styly pro digitální umění, na rozdíl od tradičního počítačová grafika, který se zaměřuje na fotorealismus. NPR je inspirováno dalšími uměleckými režimy, jako je malování, výkres, technické ilustrace, a animované karikatury. NPR se objevil v filmy a videohry ve formě cel-shaded animation (také známý jako "toon "stínování), stejně jako v vědecká vizualizace, architektonické ilustrace a experimentální animace.
Historie a kritika termínu
Termín nefotorealistické vykreslování se předpokládá, že byly vytvořeny SIGGRAPH 1990 papírový výbor, který uspořádal zasedání s názvem „Non Photo Realistic Rendering“.[1][2]
Termín získal určitou kritiku:
- Termín "fotorealismus „má pro výzkumníky grafiky různé významy (viz„fotorealistické vykreslování „) a umělci. Pro umělce - kteří jsou cílovými spotřebiteli technik NPR - to znamená malířská škola, která se zaměřuje na reprodukci účinku kamerové čočky se všemi zkresleními a hyperreflexemi[je nutná definice ] že vytváří. Pro grafické pracovníky se však jedná o obraz, který je vizuálně nerozeznatelný od reality. Ve skutečnosti grafičtí badatelé hromadí druhy vizuálních zkreslení, která používají malíři fotorealistů, do „nefotorealismu“.
- Popsat něco tím, čím to je ne je problematické. Ekvivalentní (vytvořená) srovnání mohou být „biologie jiných než slonů“ nebo „negeometrická matematika“. Vědci z NPR uvedli, že očekávají, že tento termín nakonec zmizí a bude nahrazen nyní obecnějším pojmem „počítačová grafika“, přičemž „fotorealistická grafika“ je termín používaný k popisu „tradiční“ počítačové grafiky.[Citace je zapotřebí ]
- Mnoho technik, které se používají k vytváření „nefotorealistických“ obrazů, není vykreslování techniky. Jsou to techniky modelování nebo post-processingové techniky. Zatímco druhý z nich se stává známým jako „image-based rendering“, techniky modelování založené na náčrtu nelze technicky zahrnout pod tento nadpis, což je pro organizátory konference velmi nepohodlné.
První konference o nefotorealistické animaci a vykreslování[když? ] zahrnoval diskusi o možných alternativních jménech. Mezi navrhovanými byly „expresivní grafika“, „umělecké ztvárnění“, „nerealistická grafika“, „umělecké ztvárnění“ a „psychografika“. Všechny tyto termíny byly použity v různých výzkumných pracích na toto téma, ale zdá se, že se pojem „nefotorealistický“ přesto ujal.
První technická schůzka věnovaná NPR byla ACM -sponsored Symposium on Non-Photorealistic Rendering and Animation (NPAR) in 2000. NPAR je tradičně umístěn na festivalu animovaných filmů v Annecy,[3] běží na sudých letech. Od roku 2007 NPAR začal fungovat také v lichých letech a byl umístěn společně s ACM SIGGRAPH.[4]
3D

Trojrozměrný NPR je styl, který je nejčastěji vidět ve videohrách a filmech. Výstup z této techniky je téměř vždy a 3D model který byl upraven z původního vstupního modelu tak, aby zobrazoval nový umělecký styl. V mnoha případech geometrie modelu je totožný s původní geometrií a je upraven pouze materiál aplikovaný na povrch. Se zvýšenou dostupností programovatelných GPU je, shadery umožnily použití efektů NPR na rastrovaný obrázek, který se má zobrazit na obrazovce.[5] Většina technik NPR aplikovaných na 3D geometrii je určena k tomu, aby scéna vypadala dvojrozměrně.
Zahrnují techniky NPR pro 3D obrazy stínování cel a Gooch stínování.
Pro lepší čitelnost je to nejužitečnější technické ilustrace pro technická komunikace nemusí být nutně fotorealistické. Nefotorealistická vykreslení, jako např rozložený pohled diagramy, velmi pomáhají při zobrazování umístění dílů ve složitém systému.
2D


Vstupem do dvourozměrného systému NPR je obvykle obraz nebo video. Výstupem je obvykle umělecké vykreslení těchto vstupních snímků (například v akvarelu, malířství nebo skicovaném stylu), ačkoli některé 2D NPR slouží k jiným než uměleckým účelům, např. vizualizace dat.
Umělecké vykreslování obrázků a videa (často označované jako Stylizace obrazu)[6]) tradičně zaměřený na heuristické algoritmy, které se snaží simulovat umístění tahů štětce na digitální plátno.[7]
Pravděpodobně nejčasnějším příkladem 2D NPR je Paul Haeberli 's'Malování podle čísel ' na SIGGRAPH 1990. Toto (a podobné interaktivní techniky) poskytují uživateli plátno, na které může „malovat“ pomocí kurzoru - jak uživatel maloval, na plátně se odhalí stylizovaná verze obrazu. To je užitečné zejména pro lidi, kteří chtějí simulovat různé velikosti tahů štětce podle různých oblastí obrazu.
Následně základní operace zpracování obrazu pomocí operátorů přechodu[8] nebo statistické momenty[9] byly použity k automatizaci tohoto procesu a minimalizaci interakce uživatele na konci devadesátých let (ačkoli umělecká kontrola zůstává u uživatele prostřednictvím nastavení parametrů algoritmů). Tato automatizace umožnila praktické použití 2D NPR na video, poprvé v živých obrazech filmu Jak přicházejí sny (1998).
Na počátku 20. let byly vyvinuty sofistikovanější techniky abstrakce obrazu využívající operátory počítačového vidění, nápadnost obrazu,[10] nebo segmentace[11] operátory řídit umístění zdvihu. V této době začalo strojové učení výrazně ovlivňovat algoritmy stylizace obrazu analogie obrazu[12] které by se mohly naučit napodobovat styl existujícího uměleckého díla.
Příchod hluboké učení znovu zapálil aktivitu ve stylizaci obrázků, zejména s Přenos neurálního stylu (NST) algoritmy, které mohou napodobit širokou škálu uměleckých stylů z jednotlivých vizuálních příkladů. Tyto algoritmy jsou základem mobilních aplikací schopných stejných, např. Prisma
Kromě výše uvedených stylizačních metod se související třída technik ve 2D NPR zabývá simulací uměleckých médií. Mezi tyto metody patří simulace difúze inkoustu prostřednictvím různých druhů papír, a také z pigmenty přes vodu pro simulaci vodové barvy.
Umělecké ztvárnění
Umělecké ztvárnění je aplikace styly vizuálního umění k vykreslování. Pro fotorealistické styly vykreslování, důraz je kladen na přesnou reprodukci světla a stínu a povrchové vlastnosti zobrazených objektů, složení nebo jiné obecnější vlastnosti. Pokud je kladen důraz na jedinečné interpretační styly vykreslování, vizuální informace interpretuje umělec a odpovídajícím způsobem se zobrazí pomocí zvoleného umělecké médium a úroveň abstrakce v abstraktní umění. v počítačová grafika, interpretační styly vykreslování jsou známé jako nefotorealistické styly vykreslování, lze je však použít ke zjednodušení technické ilustrace. Styly vykreslování, které kombinují fotorealismus s nefotorealismem, jsou známé jako hyperrealistické styly vykreslování.
Pozoruhodné filmy a hry
Tato část uvádí některá klíčová použití technik NPR ve filmech, hrách a softwaru. Vidět cel-shaded animation pro seznam použití stínování tónů ve hrách a filmech.
Krátké filmy | ||
---|---|---|
Technologická hrozba | 1988 | Včasné použití toon stínování spolu s Tex Avery -styl kreslené postavičky |
Planetě plynu | 1992 | 3D vykreslování tužkou od Erica Darnella |
Rybolov | 2000 | Akvarelu 3D vykreslování David Gainey |
RoadHead Občerstvení a pití | 1998 1999 | Krátké filmy vytvořené pomocí Rotoshop Bob Sabiston |
Ryane | 2004 | Nelineární projekce a další zkreslení 3D geometrie |
Dívka, která plakala květiny | 2008 | Akvarelu vykreslení Auryn |
Celovečerní filmy | ||
Jak přicházejí sny | 1998 | Malířské vykreslení v sekvenci „malovaného světa“ |
Tarzan | 1999 | První použití systému Disney „Deep Canvas“ |
Probuzení života | 2001 | První použití rotoshopu v celovečerním filmu |
Skener temně | 2006 | „15měsíční proces animace“ |
Videohry a další software | ||
Jet Set Radio | 2000 | Včasné použití stínování tónů ve videohrách |
SketchUp | 2000 | Náčrtové modelování software s vykreslením toonů |
The Legend of Zelda: The Wind Waker | 2002 | Jedna z nejznámějších cel-shaded her |
Valkyria Chronicles | 2008 | Používá ve hře řadu technik NPR, včetně metody stínování podobné náčrtu |
XIII | 2003 | Hra vytvořená co možná nejvíce „komiksově“ |
Okami | 2006 | Hra, jejíž vizuály napodobují styl sumi-e (Japanese Ink Wash Painting) |
Guilty Gear Xrd | 2014 | Bojová hra využívající 3D postavy ve stínu s omezenou animací, která napodobuje vzhled 2D skřítků |
Vue Xstream | 2015 | Tvorba 3D prostředí software s vykreslovačem NPR s různými předvolbami emulace tradičního uměleckého stylu |
Návrat večeře Obra | 2018 | 3D hra vykreslená v jedinečném monochromatickém, pointilistickém stylu |
Reference
- ^ Předseda-Baskett, Forest (01.09.1990). „Sborník ze 17. výroční konference o počítačové grafice a interaktivních technikách“. Siggraph. ACM. ISBN 978-0897913447.
- ^ Simon, Schofield (březen 1994). Nefotorealistické vykreslování: kritická zkouška a navrhovaný systém. eprints.mdx.ac.uk (phd). Middlesex University. Citováno 2018-07-03.
- ^ CITIA, ©. „Site officiel du Festival et du Marché international du film d'animation d'Annecy“. www.annecy.org. Citováno 20. dubna 2018.CS1 maint: číselné názvy: seznam autorů (odkaz)
- ^ [1]
- ^ Drew Card; Jason L. Mitchell. „Nefotorealistické vykreslování pomocí shaderů Pixel a Vertex“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 15.06.2011. Citováno 2010-03-08., extrahováno z Wolfgang F. Engel (1996). Direct3D SHADERX: Tipy a techniky Vertex & Pixel Shader. 87Wordware Game Developer's Library. Publikování Wordware. ISBN 978-1556220418.
- ^ Umělecká stylizace založená na obrazu a videu. Výpočetní zobrazování a vize. Springer. 2013. ISBN 9781447145189.
- ^ Kyprianidis, Jan Eric; Collomosse, John; Wang, Tinghuai; Isenberg, Tobias (2013). „State of the Art“: Taxonomy of Artistic Stylization Techniques for Images and Video “. Transakce IEEE na vizualizaci a počítačové grafice. 19 (5): 866–885. doi:10.1109 / TVCG.2012.160. PMID 22802120. S2CID 2656810.
- ^ Litwinowicz, Peter (1997). "Zpracování obrázků a videa pro impresionistický efekt". Sborník 24. ročníku konference Počítačová grafika a interaktivní techniky - SIGGRAPH '97. 407–414. doi:10.1145/258734.258893. ISBN 0897918967. S2CID 13139308.
- ^ Shiraishi, Michio; Yamaguchi, Yasushi (2000). Msgstr "Algoritmus pro automatické malířské vykreslování na základě aproximace obrazu z místního zdroje". Sborník z prvního mezinárodního sympozia o nefotorealistické animaci a vykreslování - NPAR '00. str. 53–58. doi:10.1145/340916.340923. ISBN 1581132778. S2CID 16915734.
- ^ "Malířské vykreslování pomocí Salience obrazu". 2002: 122–128. CiteSeerX 10.1.1.7.5383. Citovat deník vyžaduje
| deník =
(Pomoc) - ^ https://www.cs.utah.edu/~shirley/papers/painting.pdf
- ^ https://mrl.nyu.edu/publications/image-analogies/analogies-72dpi.pdf
Další čtení
Některé klíčové dokumenty při vývoji NPR jsou:
- "Malování podle čísel: Abstraktní obrazové reprezentace ", od Paul Haeberli, SIGGRAPH 90
- "Srozumitelné vykreslení 3D tvarů ", Saito a Takahashi, SIGGRAPH 90
- "Wet and Sticky: A Novel Model for Computer-Based Painting", autor Tunde Cockshott, disertační práce, Glasgow University, 1991
- "Počítačem generovaný obrázek pera a inkoustu ", Winkenbach a Salesin, SIGGRAPH 94
- "Interaktivní ilustrace perem a inkoustem ", autor: Salisbury, Anderson, Barzel, Salesin, SIGGRAPH 94
- "Malířské vykreslování pro animaci ", Barb Meier, SIGGRAPH 96
- "Nefotorealistický model osvětlení pro automatické technické znázornění ", od Amy Goochová Bruce Gooch, Peter Shirley, Elaine Cohen, SIGGRAPH 98