3Dレンダリングの必見ガイド:プロセス、技術、そして例

3Dレンダリングはあらゆる場所にあります。不動産、オンラインショッピング、ゲーム、映画など。3Dビジュアライゼーションの芸術と科学について、アーティストや専門家から学びましょう。

3Dレンダリングとは何を意味するのか?

3Dレンダリングは、三次元データとモデルを用いるコンピュータグラフィックスのプロセスです。目標は、リアルまたはフォトリアリスティックでない画像を作ることです。3Dモデルは、ソフトウェアや3Dスキャンによって作成されたオブジェクトのデジタルファイルです。

3Dレンダリングはバーチャル写真の一形態でもあります。シーンの演出と照明は、フォトリアリスティックであれ意図的に非写実であれ、画像の生成と捉えに不可欠です。

Marxentの3Dアートリード、ベン・ルービーはこう説明します。「3Dレンダリングとは、3Dシーンから2D画像を作成する行為です。カメラで写真を撮るのと比べてみてください。3Dレンダリングでは、すべての3Dデータを取り込み、シーンのスナップショットに変換します。」

レンダリングには2つのタイプがあります:3Dリアルタイムレンダリングと3Dポストプロセスレンダリング

3Dリアルタイムレンダリングは、通常20〜120フレーム/秒間の動きの錯覚を作り出すために、グラフィックソフトウェアを用いて画像を作成・解析します。3D後処理レンダリングは、アーティストが許容できる段階に達した3Dレンダリング上で行われます。ポストプロセスは、編集ソフトを用いて小さな誤りを修正し、リアリズムを高めるための詳細を加えます。

3Dレンダリングvs. 3D可視化

3Dビジュアライゼーションとは、概念から最終的な表現まで、まるで実空間に存在するかのような説得力のある画像を作成する学際的な手法のシステムです。3Dレンダリングは3Dビジュアライゼーションの最終段階の一つです。

3Dモデリングvs. 3Dレンダリング

3Dモデリングとは、物体や表面を幅、幅、奥行きの各寸法で数学的に表現するプロセスです。3Dレンダリングは3Dモデリングを高品質で詳細かつリアルな画像に変換します。

3Dモデリングと3Dレンダリングは、コンピュータ生成画像の中では別々のステップです (CGI) 創造。3Dモデリングは3Dレンダリングに先行し、モデリングサービスはしばしば購入されます。プロセスやモデリングサービスのアウトソーシング方法について詳しく学びましょう。

3Dプロダクトレンダリングとは何か?

3Dプロダクトレンダリングは、モデルから2D画像を生成するものです。3D製品レンダリングは、製造後の物体の見た目を示すフォトリアルな画像を作成します。商品は通常、複数の角度を表示するようにレンダリングされます。

多くの業界では、製品の製造前に3Dプロダクトレンダリングの恩恵を受けています。例えば、3D製品レンダリングは、市場に出る前に製品の顧客への魅力をテストし、設計上の欠陥を明らかにし、開発コストを節約するのに役立ちます。

3Dレンダリングはどのように機能するのか?

3Dレンダリングは、製品や完全なシーンを2D表現に変換するための多段階のプロセスです。映像や長編映画で使われる方法では、1つの画像やフレームに対してミリ秒から数日かかることもあります。

3Dレンダリングプロセスのステップ

3Dレンダリングのプロセスは、相談とその結果としてのビジョンから始まります。次に、分析と設計があり、これがモデリングの基礎となります。その後に3Dレンダリングが行われ、その後に洗練が続きます。レンダリングが承認されると、それが納品されます。

レンダリングの手順は、プロジェクトや使用するソフトウェアの種類、望ましい結果によって異なる場合があります。

プリレンダリングのステップ

レンダリングを始める前に、以下の3つのステップを考慮してください。これらはプロセスの基盤となる別個のステップです。

ビジョン:作業を始める前に、プロジェクトの目的である会社、市場、外観、イメージの意図的な利用について、初回の相談を行いましょう。その入力に基づいて、最終的な成果物を決定するのが容易になります。クライアントやクリエイティブディレクターがビジョンを承認します。

分析と設計:承認されたビジョンを念頭に置き、プロジェクト分析が始まり、オブジェクトレンダリングに関する決定が行われます。完成品に色、質感、カメラアングル、照明、環境などを含めるべき特徴を決めてください。

モデル:3Dモデリングは、表面や物体の3Dデジタル表現を生成します。このソフトウェアを使い、アーティストは仮想的なペースでポイントを操作します (頂点と呼ばれる) メッシュを形成するには:頂点の集合がオブジェクトまたはソリッドを形成します。生成されるソリッドは通常、幾何学的な形状で、多角形です (プリミティブとも呼ばれます).ポリゴンは手動または自動で頂点を操作して生成されます。特殊効果やキャラクターアニメーションが望ましい場合、デジタルオブジェクトをアニメーション化することができます。

「3Dモデリングとは、椅子のようなオブジェクトの創造に関するものです」とルビーは指摘します。「3Dでは、椅子は物体の形状であるジオメトリとして存在できますが、カメラがそれを捉え、レンダリングし、素材、ライティング、色、質感を加えるまでは見えません。」

3Dレンダリングステップ

モデリング後、3Dアーティストはシーンに命を吹き込む作業を始めます。「3Dを理解する最良の方法は、3Dオブジェクトと現実世界のオブジェクトを比較することです」とルービーは説明します。「例えば、キッチンに置いてあるスプーンをレンダリングしたいとしましょう。まず、スプーンの形や幾何学を3Dで描いたりキャプチャしたりする必要があります。次に、欲しい素材を加えます:透明プラスチック、不透明プラスチック、木材、または光沢のあるかマットなステンレススチールです。その後、照明を取り入れて立体感を加えます。この最終段階こそが、物体をリアルに見せるのです。」

「最後に、カメラの位置を決めて写真を撮るんだ。カメラを上、下、そして向くように設置できます――現実と同じように。そして、映画や映画のように、一連の画像やアニメーションを一つだけ取ることができます。実際に写真を撮ると、レンズが開いて光を受け取ります。3Dでも同じですが、コンピュータが光の質や角度の数学的計算を行います。要素が多ければ多いほど、光も多いほど、映像を作るのに時間がかかる。」

1.レンダリング:マテリアルとテクスチャ

物体の素材を正確に描写することはリアリズムに不可欠です。アーティストは光沢のあるプラスチックやマットなリネンなどの素材設定や外観を変え、リアルな視覚表現を得ています。表面や設置に使われるハードウェアなど、他のパラメータも変更されます。

2.レンダリング:ライティング

ルビーによれば、光はすべてだ。「3Dの優れた照明担当者は光と反射の物理学を理解しています。照明は影を作り、影は物体をリアルに見せます。説得力のある照明がなければ、製品は偽物で不自然に見えます。人々はなぜ何かが偽物に見えると思うのか必ずしも理解していませんが、それは主にリアルな照明や反射、影の欠如に起因しています。」

3.レンダリング:詳細

テクスチャリングとライティングの後、3Dアーティストは彫刻やディテールを加えてコンセプトを完成させますが、その目的はできるだけリアルに近づけることです。

4.レンダリング:フィードバックと改良

クライアントやアートディレクターのフィードバックは、修正や変更のために収集されます。アーティストはその意見を取り入れ、変更を加え、最終承認のために画像を提出します。

5.配達

最終画像はクライアントに提供されるか、より広範な画像シーケンスとして保存されます。画像の解像度やフォーマットは、最終的な用途

3Dレンダリングアーティスト

3Dレンダリングアーティストは、創造的でありながらテクノロジーへの感謝の気持ちを持つ独自の職人です。多くの3Dアーティストは芸術や工業デザインの経験を持ち、そのスキルをデジタルに変換しています。工業デザインでは、2Dマーカーを作成してハイライトすることで、車のような製品を作り出します。これをレンダリングとも呼びます。

ジュリアン・デ・プーマは、25年以上のゲームおよびエンジニアリングのビジュアライゼーション経験を持つファインアーティストであり3Dアーティストです。デ・プーマは、過去には柔軟性が利点だったが、今日の雇用主はしばしば専門家を求めていると述べています。「例えば、機械設計や工業デザインのクライアントは、精密さが必要なため高級で高価なソフトウェアツールを使用しています。そういったアーティストは、より工学的な頭脳を持っている傾向があります。オーガニックなレンダリングは、粘土で作業するようなもので、ドラゴンやモンスター、人間、柔らかいものを描くようなもので、伝統的なドローイングや絵画に近いものです。両方できますが、より有機的な科目の方が好みです。」

どんな種類の3Dアーティストであっても、新しいプログラムを継続的に学ぶことは今日の職業の一部です。技術の進歩はますます速いペースで進んでいるが、デ・プーマは「確かに物事をより簡単かつ速くする傾向がある。それは良いことだ」と指摘している。

さまざまな3Dレンダリング技術

フォトリアリズム、すなわち非現実的な画像における現実の錯覚は、3Dレンダリングの主な目的の一つです。ほとんどの技法は、信じられる遠近法、照明、細部の作り方に焦点を当てています。

3Dレンダリングの種類

3Dレンダリングの合成方法

コンポジットは3Dレンダリング後のステップです。このプロセスはレンダリングパスとレイヤーを組み立てます。リアリズムを加えるだけでなく、レンダリングよりも速く画像を調整できるため、時間とコストの節約にもなります。

合成例

こちらはビデオゲーム『グランド・セフト・オート』のシークエンスで、データセットをどのように操作してフォトリアリズムを高めるかを示しています。

ご厚意フォトリアリズム強化、ステファン・R・リヒター、ハッサン・アブ・アルハイジャ、ヴラドレン・コルトゥン

3Dレンダリングの使い方と場所

建築家やインテリアデザイナーは1980年代に3Dレンダリングの使用を最初に普及させました。現在では、広告から科学研究に至るまで、あらゆる業界で3Dレンダリングを使って観客を説得し、楽しませ、教育しています。

グレゴワール・オリヴェロ・デ・ルビアナは、フランスを拠点とするThe Full Roomのマネージングパートナー兼共同創設者であり、リビュアリーやホーム小売業者向けの3DビジュアライゼーションとCGIを制作しています。「クライアントは写真の代わりに3Dレンダリングを使用しています」と彼は説明し、「3Dはより多くの製品画像を提供し、将来的により速く、より経済的に使える状態を提供します。このプロセスは顧客との親密さを生み出し、結果的に売上のコンバージョンを加速させます。」

また、2D画像を使いそれを強調する能力が、よりリアリズムを高め、物体や環境を自分のものにしたいという願望を生み出しているとも指摘しています。「100%3Dであれ、再設計された2Dと3Dの混合であれ、目的は顧客に美しい内装や壮大な外観に旅を誘い、インスピレーションを得ることにあります」とデ・ルビアナは述べています。「しばしば外観の作品はとても成功し、クライアントはこう尋ねます。『あの場所はどこ?』しかも、実際にはどこにもどこにもないんだ!」

3Dレンダリングの例

建築、小売、医療など多くの業界では、リアルな物体を視覚化したり、商品を販売したり、娯楽をしたり、教育をしたり、交流したりするために3Dレンダリングが使われています。3Dレンダリングはまた、映画やビデオゲームで作られた架空の世界にしか存在し得ない、信じられる人物、場所、行動、物体を生成します。

組織がこの技術をどのように活用しているかについては、3Dレンダリング例の記事をご覧ください。

3Dレンダリングのベストプラクティスと詳細レベル (LOD)

シーン最適化のベストプラクティスは、レンダリングを高速化しつつ、オブジェクトをリアルに見せることで、最高品質の画像を最高速で得られる方法に焦点を当てています。

「3Dの世界初心者が明らかに示すのは、フォトリアリスティックなシーンを作れない人たちが、照明やディテールの使い方です」と、The Full Room StudioのCGアーティスト兼ソファマネージャーであるブノワ・フェリエは説明します。

フェリエは、この分野に初めて入った方向けに照明や細部のヒントを提供しています:

• 照明の節度:3Dインテリアにおいては、ライティングがリアリズムを生み出すために不可欠な要素です。シーンに無関係な光��を過剰に詰め込むと、構図が台無しになることがあります。私たちは製品を撮影する際に、自然な屋外の日光を最大限に活用することが多いです。夜のシーンやスタジオのパックショット用 (静止画や動く製品ショット)標準的な三点照明セットアップに頼っています (キーライト、フィルライト、バックライト)写真のように。より自然な見た目にするには、節度が鍵です。
• 柔らかく保つ:対称性、硬い角度、直線は「偽物」画像の核心的な特徴です。不均一やギザギザの角、あるいは何らかのパティーナが現実世界を模倣する方法です。
• 道具をよく知り、観察力を持つこと:効果があるからといって、すべてを使うべきではありません。粒子、被写界深度、色収差などの効果やフィルターを誤用して写真を模倣することは初心者の「癖」です。周囲の空間やオブジェクトを見て、距離に基づいてモデリングやテクスチャのディテールの深さに注意してください。

Rubeyは、コンピュータの時間を節約し、レンダリングを高速化するためのさらなるヒントを提供しています:

• ポリゴン数の減少:シーン内のポリゴン数の総数でモデルのジオメトリをコスト削減する作業をしてください。例えば、カメラの角度のせいでレンダリングに見えないモデルの部分や、カメラから遠い部品や製品がある場合は、それらを隠すか低LODを使うことができます。LODは、同じ製品を複数のフォーマットで作り、クローズアップからレンダリングするための低ディテールや高ディテールのことです。
• テクスチャにはLODを使う:もう一つの方法は、テクスチャ用にLODを使うことです。コンピューターゲームと同様に、クローズアップからレンダリングすると高品質なテクスチャマップが表示され、遠くからレンダリングすると低品質・小さいテクスチャマップが表示されることもあります。
• すべての項目の数を減らす:オブジェクトが多ければ多いほど特殊効果や照明も増え、1フレームを作るのにかかる計算時間も増えます。一つの箱に一つのものが入っていると、多くの木やキャラクターがいる森とは違い、計算が速いです。画像の正確なサイズはレンダリングにかなり時間がかかります。モデル自体を最適化することもできます。
• 中間レベルポリゴン数を重視する:3Dモデルを作るときは、小さな三角形で作られます。例えば、ボールを作っているとしましょう。40,000ポリゴン数で、ディスコボールのように多くのファセットが入っています。百万ポリゴンカウントでは、ファセットは見えません。つまり、ポリゴン数によって滑らかさやリアリズムのレベルが影響します。しかし、100万ポリゴンのオブジェクトをレンダリングするのには長い時間がかかることがあります。効率のためにオブジェクトには中間レベルのポリゴン数が使われます。ベストプラクティスとしては、6万個以内のポリゴンで構成されるオブジェクトを作ることが推奨されます。鍵はスピードとリアリズムのバランスを見つけることです。

フェリエと彼のアーティストグループは、業界と同様に常に進化し続ける最先端のシステムを用いています。フェリエのチームは、全体のプロセスをより速く、より現実的な結果にするための社内イノベーションを生み出しています。「ツールキットは変わるかもしれませんが、私たちがすべてのプロジェクトに適用している職人的なアプローチや最先端の創造性は変わらない」とフェリエは強調します。

3Dレンダリングの歴史

コンピューターが登場する前は、手描きの3Dレンダリングが芸術、工学、科学の標準で立体的な現実を伝えていました。3Dビジュアライゼーションの先駆者たちのおかげで、1800年代以降のあらゆる時代で大きな進歩を遂げてきました。

• 1800年代:産業革命:産業化によって世界を変えた機械はすべて生産前に3Dでレンダリングされていました。例えば、ジェームズ・ワットの立体工学図面などです。立体図から生まれた発明には、動力織機、蒸気機関、発電機、白熱電灯などがあります。
• 1900年代:行列数学:アーサー・ケイリーは1850年代に行列の代数的側面を2本の論文で発展させました。コンピュータグラフィックスにおいて、行列は3Dモデルの操作とそれを2D画面に投影する上で基本的です。
• 1920年代:バウハウス:ヴァルター・グロピウスが創設した美術学校は、三次元空間表現を変えました。一般の人でも、提案された建物や公共空間で空間がどのように使われていたかは理解できましたが、それでも彼らは手作業で画像を作成していました。
• 1950年代:最初のデジタルイメージ:ラッセル・カーシュと彼のチームは、最初のプログラム可能なコンピュータであるスタンダード・イースタン・オートマチック・コンピュータを開発しました (SEACです).SEACはドラムスキャナーと画像をコンピュータに入力するデータプログラムで構成されていました。1957年に最初にスキャンされたのは、カーシュの生後3か月の息子ウォルデンの写真でした。
• 1960年代:コンピュータ支援設計 (CAD) システム部門:パトリック・ハンラティはCADの父として知られており、彼がゼネラル・エレクトリック在籍中に開発しました。CADはコンピュータシステムを使って設計を作成し、修正し、分析します。その後、3DオブジェクトをモデリングするIvan Sutherlandsスケッチパッドシステムなど、多くのグラフィカルシステムが登場しました。
• 1970年代:3Dソリッドモデリングソフトウェア:マーティン・ニューウェルが3Dビジュアライゼーションとレンダリングを用いて「ユタティーポット」という3Dレンダリングの象徴を作り出したことで、レンダリングが本格的に発展しました。
• 1980年代:二値空間分割:二値空間分割と二値空間分割木は、1980年代にテキサス大学のヘンリー・フックス、ズヴィ・ケデム、ブルース・F・ネイラーによって考案されました。BSPツリーの構造は、シーン内の空間やオブジェクトに関する情報を効率的に提供します。その他のBSP用途には、レイトレーシング、3Dビデオゲームでの衝突検出、その他の複雑な空間シーンアプリケーションが含まれます。
• 1990年代:モダンモデリング/3Dプリンティング。1990年代には、より良いソフトウェアと計算能力・速度の向上によりレンダリング技術が急速に普及しました。『トイ・ストーリー』は、3Dレンダリンググラフィックで完全に上映された最初の映画であり、ハリウッドに革命をもたらしました。ビデオゲームもピクセルアートからフル3Dレンダリングへと急速に進化しました。
• 2000年代:拡張現実とバーチャルリアリティ:新千年紀に入り、3Dグラフィックスは広告、エンターテインメント、科学、オンラインショッピングなどで普及しました。その大きな飛躍は、拡張現実、仮想現実、混合現実の可視化によって実現し、視聴者がより完全に視覚化された体験に入り込むことを可能にしました。
• 「将来について」とルビーは述べています。「最初のピクサー映画が1995年に公開されたことを考えれば、私たちはすでに多くの面で見栄えの良いリアルタイムゲームを作っています。技術とリアルタイムレンダリングの進歩に伴い、ピクサーやポストプロダクションスタジオも限界を押し広げています。どれくらいの速さで実現するかは分かりませんが、その差は近づいており、リアルタイムレンダリングとオフラインレンダリングの違いを多くの分野で見分けがつきにくくなっています。」

3Dレンダリングの利点

3Dレンダリングには多くの利点があります。質の高い視覚的コミュニケーション、複数の視点を表示できる能力、精密なライティングや仕様、そして低コストで探索・設計できる機会です。

• 迅速な構想:3Dレンダリングは、物理的または二次元のモデルに対して詳細なディテールとスケールの精度を提供します。3Dレンダリングは、空間や製品、体験に対してリアルな視点とスケール感を提供します。
• 質の高い視覚コミュニケーション:購入者や顧客向けの明確な視覚表現はコンセプトの売り込みに役立ち、製品を販売した場合のリターンを下げます。
• 複数の視点を表示:複数の位置や視点で物体を見ることができるため、視聴者はあらゆる角度から実際の描写を体験できます。
• 精密照明:屋外と屋内の両方の照明を、実際にあなたの製品に投影することができる。
• 正確な測定と仕様:顧客がオブジェクトの寸法を知ることで、商品を購入したり、仮想空間で創作・計画を立てたりする能力が向上します。これは3Dレンダリングの最良の活用例の一つです。
• 低コストで探索・設計:顧客は3Dレンダリングの力と柔軟性を通じてアイデアを生み出し、想像力の限界を探求できます。

3Dレンダリングの課題

3Dレンダリングの課題は、合理的な時間内に説得力のあるリアリズムを作り出すことです。克服すべき主な課題は、モデル自体、テクスチャとマテリアル、そしてライティングです。

課題には以下が含まれます:

• モデル:モデルは比率、サイズ、細部の面でリアルに見えなければなりません。
• テクスチャと素材:テクスチャやマテリアルが高品質でリアルでなければ、モデルの精度は意味がありません。リアリズムを失うでしょう。
• 光:これは通常、最も軽視されがちな要素であり、多くの人がその重要性を認識していないからです。モデルが正しくないとか、テクスチャがリアルでないと通常はわかるので、多くの人は何かがおかしいと気づきますが、それが光のせいだと理解するのは簡単ではありません。人々は3Dでは光を加えるだけでいいと思い込んでいて、製品を見たときにそれがよくある間違いです。
• 良い照明を実現するには、照明のプロで、レンダリングの正しいディテールを引き出す方法を知っている経験豊富なアーティストが必要です。アーティストは環境を作り出し、正しい照明を使い調整することでシーンに感情や物語を加える方法を知っているべきです。

3Dレンダリングにはどのくらい時間がかかりますか?

シンプルな画像は3Dで素早くレンダリングできますが、アニメーション映画のアクションシーンは制作に数週間かかることもあります。レンダリング時間に影響を与える要因には、ハードウェア、技術、シーンの複雑さ、アーティストの技術、最終的な出力要件などがあります。

3Dレンダリングの費用はいくらですか?

3Dレンダリングはプロジェクトの規模や細部のレベルによって異なります。単一の単純な構想で数百ドル前半から始まり、大企業の大規模プロジェクトでは数千ドルまでかかることもあります。

3Dレンダリングを効率化する方法

良好なレンダリングを達成するために最も重要な要素は、事前の計画と堅牢なモデリングです。十分なスキルと適切なハードウェアとソフトウェアがあれば、プロセスはスムーズに進みます。また、手続きを早めるために専門サービスを利用することもできます。

効率的な3Dレンダリングとは、ビジョンを念頭に置き、シンプルなプロセスを持て、最終目標を理解することが重要です。しかし、良い計画には限界があります。

プロジェクトの規模によりますが、十分なスタッフ、計算能力、適切なソフトウェアはありますか?人材や技術への追加投資は意味があるのでしょうか?もしワークステーションが1台、あるいは複数台しかいない場合、時間が限られている場合、レンダリングを届けるのに十分でないかもしれません。

クラウドベースのサービスはより多くの計算能力を提供できるため、ファイルサイズや外付けドライブの使用を気にする必要がなく、設計の専門知識は手間と時間を節約できます。

Eコマース向けの再利用可能なラピッド3Dレンダリング

Marxentは3Dクラウドプラットフォームを使って製品を迅速にレンダリングするお手伝いをします。ミッドポリモデルで設計し、高品質な3Dレンダリングにレンダリングします。Marxentの製品可視化と3D資産管理はeコマース向けで、迅速かつ効率的に成果をもたらします。私たちの3Dルームプランナー空間は、人間の介入なしにレンダリングされます。私たちは単にスピードを提供するだけでなく、また、質の高いサービスも提供しています。

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