O que é renderização 3D? Como fazer imagens 3D realistas

Já se foram os dias em que efeitos especiais emocionantes e visualmente atraentes eram apenas para filmes de grande sucesso.

Agora, há uma boa chance de que, ao folhear uma revista, passar por um outdoor ou rolar pelas redes sociais, você tenha visto uma renderização 3D.

Todo o processo pode ser feito usando software de renderização 3D, que utiliza dados de modelos 3D para criar a renderização. É comum pensar na renderização 3D como uma forma de fotografia virtual, pois utiliza conhecimentos de encenação de cenas e iluminação para produzir imagens. 

Tipos de renderização 3D

Artistas 3D podem criar renderizações de imagem realistas ou não realistas.

Uma renderização 3D realista pode ser de algo encontrado no mundo real. Por exemplo, um artista 3D renderiza o interior arquitetônico de uma nova casa que parece uma fotografia. Ou uma imagem de design de produto de um móvel ou um carro. 

Fonte: VRender

Uma renderização 3D não realista pode ser um esboço de um diagrama ou um objeto desenhado como um desenho animado com um visual 2D mais tradicional.

Fonte: Science Behind Pixar

Renderização 3D vs. Modelagem 3D

A renderização 3D não existe sem a modelagem 3D.

Modelagem 3D é o processo de criar objetos 3D usando software especializado. O objeto 3D é feito manipulando formas simples, modelos complexos e polígonos usando software de modelagem 3D. A representação, chamada de modelo 3D, transmite a forma, o tamanho e a textura de um objeto. 

Uma vez que o modelo é criado, a renderização 3D transforma o modelo em uma imagem intrincada, de alta qualidade e fiel à realidade. Quando combinados, a modelagem 3D e a renderização 3D são duas etapas que os designers seguem para criar imagens geradas por computador (CGI).

A modelagem 3D sempre vem antes da renderização 3D no processo de visualização 3D.

Como funciona a renderização 3D?

Os designers dividem projetos de renderização 3D em uma série de etapas, começando com o modelo 3D e transformando-o em uma representação 2D. Dependendo do tamanho do projeto e do software que o artista usa, as etapas podem variar. Normalmente, o processo de renderização 3D é o seguinte.

Antes

Algumas etapas precisam acontecer antes que os designers 3D possam arregaçar as mangas para começar a renderizar.

• Conceito: Sempre é uma boa ideia realizar uma consulta ou reunião inicial para discutir a visão e os objetivos do projeto, da empresa ou do público-alvo da imagem. Com base nesses detalhes, é mais fácil restringir a versão final.
• Análise: Com a visão em mente, começa a análise do projeto. Isso inclui decidir sobre detalhes como iluminação, ângulos de câmera, cor, textura e ambiente.
• Modelo 3D: Uma representação digital do objeto ou superfície é criada como um modelo 3D.

Durante

Uma vez que o modelo está completo, o artista 3D pode começar a renderizar. 

• Materiais e textura: O designer deve considerar o material do objeto para criar uma renderização realista. O artista pode alterar as configurações e a aparência do material para obter a representação visual mais realista possível. Por exemplo, eles podem passar de plástico brilhante para linho tecido para visuais mais aprimorados.
• Iluminação: A luz e suas reflexões são cruciais para a renderização realista. Tudo se resume a sombras e como elas fazem a imagem parecer real. Sem uma iluminação convincente, o resultado pode parecer falso ou artificial. 
• Detalhes: Após textura e luz, o artista adiciona outras esculturas e mais detalhes para completar o conceito.
• Feedback e refinamento: É importante obter a opinião do cliente, cliente ou diretor de arte para que alterações possam ser feitas antes que o trabalho seja considerado completo. 

Depois

Uma vez que os toques finais estão completos, uma etapa final é realizada na renderização 3D.

• Entrega: O cliente recebe a imagem oficial. Como a imagem final é salva depende se está sendo usada para impressão, filme, web ou vídeo.

Técnicas de renderização 3D

O conceito de renderização 3D é semelhante à fotografia. Um programa de renderização usa uma câmera e a aponta para um objeto para criar ou compor uma foto. Em seguida, a iluminação digital torna a renderização o mais detalhada possível. 

Os designers empregam várias técnicas para produzir uma renderização 3D eficaz que replica como a luz atinge objetos na vida real.

Renderização em tempo real

A técnica de renderização em tempo real é mais comumente vista em gráficos interativos e de jogos. Essas imagens são processadas a partir de dados 3D em alta velocidade, o que garante o rápido processamento de imagens necessário para um videogame que se move a 60 ou mais quadros por segundo.

Para uma renderização de alta qualidade, o software para uma renderização em tempo real leva apenas alguns minutos para criar uma cena realista com sombras naturais. 

Rasterização

Um dos primeiros métodos usados para renderização 3D é a rasterização, que funciona tratando o modelo como uma malha de polígonos. Uma malha é uma coleção de vértices que formam o objeto 3D. Cada vértice tem informações únicas de textura e cor anexadas a ele. O software é então usado para preencher as áreas com as cores e texturas corretas com base nesses dados.

Se a renderização 3D é como a fotografia em um sentido geral, pense na rasterização como sendo semelhante a 'Pintar por Números'. Há um contorno para cada cor que você pinta, que é o mesmo conceito usado aqui.

Este método de renderização é rápido e ainda é comumente usado para renderização em tempo real de jogos de computador e outros tipos de simulação.

Ray casting

O ray casting cria uma renderização 3D lançando raios no modelo a partir do ponto de vista da câmera. Ele transforma os dados em uma projeção 3D rastreando os raios a partir do ponto de vista da câmera. Esta é outra técnica rápida que facilita para o artista posicionar corretamente as fontes de luz na cena 3D.

Os raios são lançados e rastreados em grupos com base nos dados e informações geométricas. No ray casting, quando os raios interceptam um objeto, a cor e o brilho do objeto naquele ponto determinam o valor de um pixel na imagem final. Isso é o que faz a textura, a cor e a luz parecerem o mais realistas possível. 

Ray tracing

Em seguida, vem o ray tracing, que pode simular sombras, reflexões e refrações. O ray tracing é semelhante ao ray casting, exceto que é melhor em representar a luz. Aqui, os raios primários do ponto de vista da câmera são lançados no modelo 3D para produzir raios secundários. Após o contato com o modelo, raios de sombra, raios de reflexão ou raios de refração são emitidos, dependendo do tipo de superfície na renderização.

O ray tracing também produz uma sombra em outra superfície se a superfície interromper o caminho entre o raio de sombra e a fonte de luz. Embora esta técnica seja mais lenta que o ray casting, é usada para simular como a luz naturalmente encontra objetos e cria uma sombra realista.

Projeção em perspectiva

A projeção em perspectiva faz com que objetos distantes pareçam menores do que objetos mais próximos do olho ou ponto de vista do observador. O software de renderização cria projeções em perspectiva multiplicando uma "constante de dilatação" para posicionar objetos em relação ao tamanho desejado na cena.

Otimização de resolução

Como uma foto clássica, a resolução da imagem de uma renderização 3D é composta por pixels. Quanto maior e mais densa a quantidade de pixels por polegada, mais clara, nítida e realista será a imagem final, ou renderização.

Indústrias que utilizam renderização 3D

Embora a renderização 3D esteja se tornando mais popular em várias indústrias, aqui estão exemplos de indústrias onde você provavelmente encontrará renderizações 3D sendo bem utilizadas.

• Design e arquitetura: Arquitetos usam imagens renderizadas em 3D para mostrar efeitos-chave e demonstrar as forças e fraquezas das estruturas antes que um projeto avance oficialmente para a fase de design.
• Imobiliário: A renderização 3D é frequentemente usada para criar um tour virtual de casas à venda. Renderizações de alta qualidade facilitam para desenvolvedores e agentes imobiliários venderem casas, enquanto os compradores podem obter mais detalhes de uma casa em tempo real.
• Marketing e publicidade: Anúncios digitais e campanhas com renderizações 3D apresentam o produto da maneira mais realista. Além disso, modelos na fase de design de produto podem ser usados em plataformas de internet e redes sociais.
• Entretenimento: A animação 3D tornou-se amplamente utilizada para criar desenhos animados e filmes envolventes.
• Video games: Graças ao uso da tecnologia de desenho de renderização 3D, os mundos virtuais da indústria de jogos tornaram-se o mais semelhante possível ao mundo real. 
• Fabricação de eletrônicos: A renderização 3D permite que engenheiros e designers visualizem o layout de um design de PCB, garantindo que os componentes se encaixem corretamente e sejam colocados de forma otimizada para o desempenho. 

Benefícios da renderização 3D

Quando feita corretamente, a renderização 3D pode levar a vários benefícios. Alguns a serem considerados são:

• A capacidade de exibir múltiplos pontos de vista, iluminação precisa e desempenho preciso em um gráfico ou imagem
• Comunicação visual de alta qualidade com clientes em várias indústrias, o que pode vender um conceito e reduzir devoluções se o produto for vendido
• Representação rápida e precisa de uma ideia ou projeto com altos níveis de detalhe, elementos visuais e iluminação realista em espaços internos e externos
• A capacidade de ver e mostrar o objeto de diferentes ângulos, o que pode ser especialmente útil para engenheiros e arquitetos 
• Comparado a contratar estúdios fotográficos, o conceito de usar serviços de visualização 3D pode acabar sendo um preço mais baixo para projetos simples
• Alterações em conceitos e ideias podem ser feitas rapidamente e em tempo real

Desafios da renderização 3D

Por outro lado, a renderização 3D também leva a alguns desafios. Alguns potenciais contratempos a serem considerados são:

• A curva de aprendizado para a renderização 3D, e o software que a acompanha, pode ser íngreme
• Para que a renderização seja o mais realista possível, o modelo 3D deve ter proporções e detalhes precisos, o que também pode ser desafiador de aperfeiçoar
• Embora imagens simples possam ser renderizadas rapidamente, cenas de ação complexas para um filme de animação podem levar semanas para serem criadas
• Para uma conceitualização simples, a renderização 3D pode ser econômica, mas para um projeto em grande escala, o processo do início ao fim pode custar milhares de dólares

Melhor software de renderização 3D

O software de renderização 3D pega modelos 3D gerados pelo usuário e os coloca em ambientes ou imagens 3D. Graças a essas ferramentas, desenvolvedores de mídia, artistas e designers gráficos podem inserir objetos e personagens díspares importados de software de modelagem 3D no cenário de sua escolha. As renderizações criadas com este software são tipicamente navegáveis, escaláveis e interativas.

Para se qualificar para inclusão na categoria de Renderização 3D, um produto deve:

• Criar imagens renderizadas para serem usadas em multimídia ou em vários sites
• Fornecer aos usuários uma maneira de inserir modelos 3D, objetos e personagens em renderizações
• Ter recursos necessários, como texturização, iluminação e efeitos de vento para dar vida às renderizações
• Oferecer ferramentas para manipular e renderizar vários ambientes 3D

* Abaixo estão as cinco principais soluções de software de renderização 3D do Relatório Grid® da G2 da Primavera de 2022. Algumas avaliações podem ser editadas para clareza. 

1. Unity

Unity é um software de renderização 3D focado no desenvolvimento de jogos, criando tanto jogos de vídeo 3D quanto 2D, modelos, designs e experiências. Além de jogos, também é usado pelas indústrias automotiva, cinematográfica e de arquitetura. 

O que os usuários gostam:

“Um grande número de recursos e capacidades faz do Unity uma das melhores ferramentas para desenvolvimento de jogos, e é ainda melhor do que isso em outras áreas. Como resultado da conexão direta com a própria loja de ativos do Unity, é muito mais fácil identificar e utilizar ativos de terceiros, o que significa que você gastará menos tempo procurando por qualquer coisa que possa ser usada para seu projeto e economizará tempo durante o desenvolvimento.”

- Avaliação do Unity, Jasper S.

O que os usuários não gostam:

“Há algumas coisas que não gosto no Unity. Por um lado, a tela de abertura dos jogos desenvolvidos usando a licença gratuita é marcada com o logotipo do Unity. Além disso, o Unity não suporta vinculação a bibliotecas externas e não possui uma interface de usuário de aparência atraente.”

- Avaliação do Unity, Nabin P.

2. Blender

Além da renderização 3D, o Blender faz tudo – modelagem 3D, animação, rigging e simulação. Este conjunto de criação 3D também permite que os usuários criem jogos de alta qualidade, editem vídeos e se aventurem no rastreamento de movimento. Com meios de produção técnica e criativa gratuitos e acesso gratuito a mercados, o Blender acredita que todos devem poder criar conteúdo 3D.

O que os usuários gostam:

“O Blender é uma ferramenta de software 3D incrível que permite aos usuários construir e projetar praticamente qualquer coisa. A interface do usuário é bastante fácil de aprender e há um grande suporte da comunidade. Você pode aprender praticamente qualquer coisa que quiser através de muitos fóruns de mensagens diferentes e tutoriais em vídeo. Sendo suportado pela comunidade, há atualizações e complementos que acontecem continuamente. 

Uma das melhores coisas sobre o Blender é que é gratuito. Alguns dos complementos que você pode obter custarão dinheiro, mas não são necessários para usar o software. Eles são produtos criados por usuários para simplificar tarefas.”

- Avaliação do Blender, Dannie B.

O que os usuários não gostam:

“Nas versões recentes, a interface mudou. Por um lado, parece mais semelhante às interfaces de modelagem 3D comerciais, parecendo mais agradável para novos usuários. Por outro lado, os usuários podem ficar confusos, pois a interface e os formatos antigos pareciam estranhos no início, mas eram de certa forma eficazes e rápidos.”

- Avaliação do Blender, Francesco S.

3. 3ds Max Design

3ds Max Design é criado para designers, engenheiros civis, arquitetos e especialistas em visualização que precisam não apenas de uma ferramenta para renderização 3D, mas também de design 3D, animação e modelagem. Ele fornece aos usuários ferramentas de modelagem robustas, texturização intuitiva e ferramentas de sombreamento, dando aos designers controle artístico total para criar renderizações de nível profissional.

O que os usuários gostam:

“O layout do 3ds Max é direto. O uso de ferramentas de vértice, borda e canto para modelagem é um dos mais simples em comparação com outros softwares. O pipeline (Importação e Exportação) também é útil para transferir seu arquivo para outros softwares de renderização 3D.

A outra coisa que mais gosto é sua integração com outros motores de renderização de terceiros. O software é realmente bom para modelagem iniciante, pois fornece maneiras e ferramentas fáceis para começar com a modelagem 3D.”

- Avaliação do 3ds Max Design, Hitendra S.

O que os usuários não gostam: 

“É um pouco complicado se acostumar no início. É como aprender um novo idioma com todos os botões e renderizações; você definitivamente precisa de tutoriais quando começa.”

- Avaliação do 3ds Max Design, Aylin A.

4. Maya

Artistas 3D frequentemente usam o Maya para suas necessidades de renderização 3D, simulação, animação e modelagem. Ele possui um kit de ferramentas rápido e criativo para criar mundos expansivos, personagens complexos e efeitos deslumbrantes.

O que os usuários gostam:

“O Maya oferece um pacote 3D completo. O Maya ajuda a criar um projeto exatamente como você imaginou. Este software é ótimo para animação e é mais fácil usar recursos como restrições, trilhas de movimento e editores de atributos no Autodesk Maya. Sou animador, mas adoro modelar no Maya. É super conveniente, e podemos encontrar tutoriais em todo o YouTube. Adoro o fato de podermos adicionar scripts e plug-ins de acordo com nossas necessidades.” 

- Avaliação do Maya, Salomi R.

O que os usuários não gostam:

“O Maya é um ótimo software, mas precisa de muitos recursos. É muito intensivo na GPU para renderização, o que o torna basicamente inutilizável em uma máquina leve ou portátil. O Maya também possui recursos que são um pouco complicados e que exigem experiência anterior com modelagem 3D para utilizá-los ao máximo.”

- Avaliação do Maya, Subrata S.

5. Keyshot

Keyshot possibilita que os usuários criem renderizações 3D, animações e visuais interativos com ray tracing em tempo real e iluminação global. Graças a uma arquitetura baseada em CPU, os designers podem criar renderizações realistas usando computadores simples sem gráficos avançados de computador.

O que os usuários gostam:

“O Keyshot cuida da iluminação de maneira fácil e permite que você visualize o resultado da sua renderização antes de pressionar o botão. Ser capaz de fazer pequenas animações no software também é ótimo!”

- Avaliação do Keyshot, Marcelo S. 

O que os usuários não gostam:

“O Keyshot precisa de muitas atualizações em suas opções e recursos para ter uma qualidade muito melhor. Algumas ferramentas dão um resultado artificial que não é bom para todos. Em comparação com alguns outros renderizadores, as opções do Keyshot parecem básicas! Você não pode obter resultados muito realistas sem usar algum outro software e editores.”

- Avaliação do Keyshot, Mohammad Sadra B.

A iluminação é tudo

Da próxima vez que você folhear uma revista ou passar por um outdoor visualmente deslumbrante, poderá reconhecê-lo como uma renderização 3D. Quando você está armado com o software certo e entende seus vários métodos, a renderização 3D pode ser uma coisa bonita.

Parte de criar uma renderização 3D realista é ter um modelo 3D com mapeamento UV excepcional. Saiba mais sobre como dar um toque extra ao seu modelo.