Non -fotorealistické vykreslování - Non-photorealistic rendering

Normální shader (vlevo) a NPR shader používající stínování cel (vpravo)

Non-photorealistic rendering ( NPR ) je oblast počítačové grafiky, která se zaměřuje na umožnění široké škály expresivních stylů pro digitální umění, na rozdíl od tradiční počítačové grafiky , která se zaměřuje na fotorealismus . NPR se inspiruje jinými uměleckými režimy, jako je malba , kresba , technická ilustrace a animované karikatury . NPR se objevuje ve filmech a videohrách ve formě animace s stínováním cel (také známé jako stínování „ toon “) a také ve vědecké vizualizaci , architektonické ilustraci a experimentální animaci .

Historie a kritika pojmu

Předpokládá se, že termín nefotorealistické vykreslování vytvořil výbor pro papíry SIGGRAPH 1990, který uspořádal zasedání s názvem „Non Photo Realistic Rendering“.

Termín získal určitou kritiku:

• Pojem „ fotorealismus “ má odlišný význam pro výzkumníky grafiky (viz „ fotorealistické vykreslování “) a umělce. Pro umělce-kteří jsou cílovými konzumenty technik NPR-to znamená školu malby, která se zaměřuje na reprodukci efektu objektivu fotoaparátu se vším zkreslením a hyper-odrazy, které vytváří. Pro výzkumníky grafiky to ale znamená obrázek, který je vizuálně k nerozeznání od reality. Výzkumníci grafiky ve skutečnosti shlukují druhy vizuálních zkreslení, které používají fotorealističtí malíři, do „nefotorealismu“.
• Popisovat něco tím, čím to není, je problematické. Ekvivalentní (vymyšlené) srovnání může být „biologie bez slonů“ nebo „negeometrická matematika“. Výzkumníci NPR uvedli, že očekávají, že tento termín nakonec zmizí a bude nahrazen nyní obecnějším termínem „počítačová grafika“, přičemž „fotorealistická grafika“ je termín používaný k popisu „tradiční“ počítačové grafiky.
• Mnoho technik, které se používají k vytváření „nefotorealistických“ obrazů, není technikami vykreslování . Jsou to modelovací techniky nebo techniky následného zpracování. I když se tyto nástroje začínají označovat jako „vykreslování na základě obrázků“, techniky modelování založené na skicách, nelze technicky zahrnout pod tento nadpis, což je pro organizátory konferencí velmi nepohodlné.

První konference o nefotorealistické animaci a vykreslování zahrnovala diskusi o možných alternativních jménech. Mezi navrhované patřily „expresivní grafika“, „umělecké ztvárnění“, „nerealistická grafika“, „vykreslování založené na umění“ a „psychografie“. Všechny tyto termíny byly použity v různých výzkumných pracích na toto téma, ale zdá se, že termín „nefotorealistický“ se přesto ujal.

První technická schůzka věnovaná NPR byl ACM -sponsored sympozium o Nefotorealistické zobrazování a animace (NPAR) v roce 2000. NPAR je tradičně umístěna společně s animovaném filmovém festivalu v Annecy, běžící na sudých letech. Od roku 2007 začala NPAR také běžet na lichých letech společně s ACM SIGGRAPH .

3D

Příklad NPR použitý pro technické ilustrace

Trojrozměrný NPR je styl, který se nejčastěji vyskytuje ve videohrách a filmech. Výstupem této techniky je téměř vždy 3D model , který byl upraven z původního vstupního modelu tak, aby zobrazoval nový umělecký styl. V mnoha případech je geometrie modelu shodná s původní geometrií a upravuje se pouze materiál nanesený na povrch. Se zvýšenou dostupností programovatelných GPU tých, shadery umožnily NPR efekty, které se použijí na rasterised obraz, který má být zobrazen na obrazovce. Většina technik NPR aplikovaných na 3D geometrii má zajistit, aby scéna vypadala dvourozměrně.

Mezi techniky NPR pro 3D obrazy patří stínování cel a stínování Gooch .

Kvůli lepší čitelnosti nejsou nejužitečnější technické ilustrace pro technickou komunikaci nutně fotorealistické. Nefotorealistické vykreslování, jako jsou rozložené pohledové diagramy, výrazně pomáhá při zobrazování umístění součástí ve složitém systému.

2D

Nefotorealistické vykreslení stávajícího 2D (fotografického) obrazu

Originál zde

Vstupem do dvourozměrného systému NPR je obvykle obrázek nebo video. Výstupem je typicky umělecké ztvárnění těchto vstupních snímků (například akvarelem, malířským nebo načrtnutým stylem), i když některé 2D NPR slouží pro jiné než umělecké účely, např. Vizualizace dat.

Umělecké ztvárnění obrázků a videa (často označované jako stylizace obrazu) se tradičně zaměřovalo na heuristické algoritmy, které se snaží simulovat umístění tahů štětce na digitální plátno.

Pravděpodobně nejranějším příkladem 2D NPR je Paul Haeberli '' Paint by Numbers 'na SIGGRAPH 1990. Tato (a podobné interaktivní techniky) poskytuje uživateli plátno, které může "namalovat" pomocí kurzoru - jak uživatel maluje , je na plátně odhalena stylizovaná verze obrázku. To je užitečné zejména pro lidi, kteří chtějí simulovat různé velikosti tahů štětce podle různých oblastí obrázku.

Následně byly k automatizaci tohoto procesu a minimalizaci interakce uživatele na konci devadesátých let použity základní operace zpracování obrazu pomocí gradientových operátorů nebo statistických momentů (ačkoli umělecké ovládání zůstává na uživateli prostřednictvím nastavení parametrů algoritmů). Tato automatizace umožnila praktickou aplikaci 2D NPR na video, poprvé v živých obrazech filmu What Dreams May Come (1998).

Na počátku roku 2000 byly vyvinuty sofistikovanější techniky abstrakce obrazu využívající operátory Computer Vision, např. Význam obrazu, nebo segmentační operátory k řízení umístění tahu. Zhruba v této době začalo strojové učení ovlivňovat algoritmy stylizace obrazu, zejména analogii obrazu, která se mohla naučit napodobovat styl stávajícího uměleckého díla.

Příchod hlubokého učení znovu aktivoval aktivitu ve stylizaci obrazu, zejména s algoritmy NST ( Neural Style Transfer ), které mohou napodobovat širokou škálu uměleckých stylů z jednotlivých vizuálních příkladů. Tyto algoritmy jsou základem mobilních aplikací, které jsou schopné stejné funkce, např. Prisma

Kromě výše uvedených stylizačních metod simulace uměleckých médií řeší příbuzná třída technik ve 2D NPR. Tyto metody zahrnují simulaci difúze inkoustu různými druhy papíru a také pigmentů vodou pro simulaci akvarelu .

Umělecké ztvárnění

Umělecké vykreslování je aplikace stylů vizuálního umění na vykreslování. U fotorealistických stylů vykreslování je kladen důraz na přesnou reprodukci světla a stínu a povrchových vlastností zobrazovaných objektů, kompozice nebo jiných obecnějších vlastností. Když je kladen důraz na jedinečné interpretační styly vykreslování, vizuální informace interpretuje umělec a zobrazuje je odpovídajícím způsobem pomocí zvoleného uměleckého média a úrovně abstrakce v abstraktním umění . V počítačové grafice jsou interpretační styly vykreslování známé jako nefotorealistické styly vykreslování, ale mohou být použity ke zjednodušení technických ilustrací . 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. Seznam použití stínování stínů ve hrách a filmech najdete v animaci s odstíny cel .

Reference

Další čtení

Některé klíčové dokumenty ve vývoji NPR jsou:

• „ Malování podle čísel: Abstraktní zobrazení obrazu “, Paul Haeberli , SIGGRAPH 90
• „ Srozumitelné vykreslování trojrozměrných tvarů “, Saito a Takahashi, SIGGRAPH 90
• „ Wet and Sticky: A New Model Model for Computer-Based Painting “, Tunde Cockshott, PhD Thesis, Glasgow University, 1991
• „ Počítačem generovaná ilustrace pera a inkoustu “, Winkenbach a Salesin, SIGGRAPH 94
• „ Interaktivní ilustrace pera a inkoustu “, Salisbury, Anderson, Barzel, Salesin, SIGGRAPH 94
• „ Painterly Rendering for Animation “, Barb Meier, SIGGRAPH 96
• „ Non-Photorealistic Lighting Model For Automatic Technical Illustration “, Amy Gooch , Bruce Gooch, Peter Shirley , Elaine Cohen , SIGGRAPH 98

externí odkazy

• Tunde Cockshott's Wet and Sticky se vrátil
• Stylizované zobrazení v počítačové grafice: Komentovaný průzkum online zdrojů NPR
• Konference NPAR
• Blender NPR: Specializovaný na stylizaci a nefotorealistické vykreslování
• Online NPR systém založený na obrazu