Введение

Предварительный рендеринг — это процесс, при котором видеоматериал не рендерится в реальном времени оборудованием, выводящим или воспроизводящим видео. Вместо этого видео представляет собой запись материала, который был предварительно отрендерен на другом оборудовании (обычно более мощном, чем оборудование, используемое для воспроизведения). Предварительно отрендеренные ресурсы (как правило, фильмы) также могут быть переданы разработчиком сторонней производственной компании. Такие ресурсы обычно обладают уровнем сложности, превышающим возможности целевой платформы для рендеринга в реальном времени. Термин "предварительный рендеринг" относится ко всему, что не рендерится в реальном времени. Это включает в себя контент, который можно было бы запустить в реальном времени при больших усилиях со стороны разработчика (например, видео, охватывающее множество игровых окружений без пауз на загрузку, или видео игры на ранней стадии разработки, отрендеренное в замедленной съемке и затем воспроизводимое с нормальной скоростью). Этот термин обычно не применяется к видеозаписям графики, отрендеренной в реальном времени, несмотря на то, что видео по своей сути является предварительно отрендеренным. Термин также не используется для обозначения нарисованных от руки или сфотографированных ресурсов (поскольку эти ресурсы изначально не являются компьютерной графикой).

Преимущества и недостатки

Преимущество предварительного рендеринга заключается в возможности использования графических моделей, которые более сложны и требовательны к вычислительным ресурсам, чем те, которые можно отрисовать в реальном времени, благодаря возможности использовать несколько компьютеров в течение длительного времени для получения конечного результата. Например, можно сравнить рейльшутеры Maximum Force (использовавшие предварительно отрисованные 3D-уровни, но 2D-спрайты для врагов) и Virtua Cop (использующие 3D-полигоны); Maximum Force выглядел более реалистично из-за ограничений 3D-движка Virtua Cop, но Virtua Cop обладает настоящей глубиной (способностью отображать врагов на разном расстоянии, а также учитывать попадания в разные части тела и множественные попадания) по сравнению с ограничениями 2D-спрайтов врагов в Maximum Force. Недостатком предварительного рендеринга в случае графики видеоигр, как правило, является более низкий уровень интерактивности, если таковая вообще присутствует, с игроком. Еще один недостаток предварительно отрисованных ресурсов заключается в невозможности внесения изменений во время игрового процесса. Игра с предварительно отрисованным фоном вынуждена использовать фиксированные углы обзора, а игра с предварительно отрисованным видео, как правило, не может отразить изменения, которые могли произойти с персонажами игры в процессе игры (например, ранения или изменение одежды), без хранения альтернативной версии видео. Это обычно нецелесообразно из-за большого объема памяти, необходимого для хранения высококачественных предварительно отрисованных ресурсов. Однако в некоторых продвинутых реализациях, таких как в Final Fantasy VIII, ресурсы реального времени были объединены с предварительно отрисованным видео, что позволило создать динамические фоны и изменять углы обзора. Другая проблема заключается в том, что в игре с предварительно отрисованным освещением сложно убедительно изменить состояние освещения. По мере развития технологий в середине 2000-х годов графика видеоигр достигла фотореализма, который ранее был доступен только благодаря предварительному рендерингу, что видно на примере развития Machinima.

Использование

Предварительно отрисованная графика используется в основном в качестве роликов в современных видеоиграх, где она также известна как полноэкранное видео (FMV). Использование предварительно отрисованной 3D-компьютерной графики для видеопоследовательностей восходит к двум аркадным видеоиграм на лазерных дисках, представленным в конце 1983 года: Interstellar, представленная Funai на AM Show в сентябре, и Star Rider, представленная Williams Electronics на AMOA show в октябре. В улучшенном ремейке Sharp X68000 игры Ys I: Ancient Ys Vanished, выпущенном в 1991 году, использовалась 3D-предварительно отрисованная графика для спрайтов боссов, хотя это в итоге создало то, что считается «странным контрастом» с преимущественно 2D-графикой игры. Одной из первых игр, широко использовавших предварительно отрисованную графику вместе с полноэкранным видео, была The 7th Guest. Выпущенная в 1993 году как одна из первых PC-игр исключительно на CD-ROM, игра пользовалась огромной популярностью, хотя отзывы критиков были неоднозначными. В игре были представлены предварительно отрисованные видеопоследовательности с разрешением 640x320 при 15 кадрах в секунду, что ранее считалось невозможным на персональных компьютерах. Вскоре после этого, выпуск Myst в 1993 году сделал использование предварительно отрисованной графики и CD-ROM ещё более популярным; большая часть отрисованной работы Myst стала основой для ремейка realMyst: Interactive 3D Edition со свободной 3D-графикой в реальном времени. Наиболее графически продвинутым использованием полностью предварительно отрисованной графики в играх часто называют Myst IV: Revelation, выпущенную в 2004 году. Одной из первых значительных консольных игр с предварительно отрисованной графикой была Donkey Kong Country, выпущенная на SNES в 1994 году. Использование предварительно отрисованных фонов и роликов также стало популярным благодаря франшизам Resident Evil и Final Fantasy на оригинальной PlayStation, в которых широко использовались предварительно отрисованные фоны и ролики для обеспечения визуального представления, значительно превосходящего возможности консоли в реальном времени 3D. Эти игры включают в себя элементы реального времени (персонажи, предметы и т.д.) в дополнение к предварительно отрисованным фонам для обеспечения интерактивности. Часто игра, использующая предварительно отрисованные фоны, может выделять дополнительную вычислительную мощность оставшимся интерактивным элементам, что приводит к уровню детализации, превышающему норму для платформы. В некоторых случаях визуальное качество интерактивных элементов всё ещё значительно отстаёт от предварительно отрисованных фонов. В конце 1990-х и начале 2000-х годов, когда большинство 3D-игровых движков использовали предварительно вычисленные/фиксированные Lightmaps и текстурное отображение, разработчики часто обращались к предварительно отрисованной графике, которая обеспечивала гораздо более высокий уровень реализма. Однако это потеряло популярность с середины 2000-х годов, поскольку достижения в графике потребительских ПК и видеоигровых консолей позволили использовать собственный движок игры для рендеринга этих кинематографических сцен. Например, движок id Tech 4, использованный в Doom 3, позволял использовать bump mapping и динамическое освещение на пиксель, ранее встречавшиеся только в предварительно отрисованных видео. В таких играх, как Warcraft III: Reign of Chaos, использовались оба типа роликов: предварительно отрисованные для начала и конца кампании и игровой движок для брифингов уровня и диалогов персонажей во время миссии. Некоторые игры также используют 16-битный предварительно отрисованный skybox, например Half-Life (только GoldSrc версия), Re-Volt, Quake II и другие. Компьютерная графика (CG) фильмы, такие как «История игрушек», «Шрек» и «Финальная фантазия: Духи внутри», полностью предварительно отрисованы.

Другие методы

Другим все более распространенным методом предварительного рендеринга является генерация наборов текстур для 3D-игр, которые часто используются со сложными алгоритмами реального времени для симуляции чрезвычайно высокого уровня детализации. При создании Doom 3, id Software использовала предварительно отрендеренные модели в качестве основы для генерации карт нормалей, зеркального отражения и диффузного освещения, которые имитируют детали оригинальной модели в реальном времени. Предварительно отрендеренное освещение – это техника, теряющая популярность. Требовательные к вычислительным ресурсам алгоритмы трассировки лучей могут использоваться в процессе производства игры для генерации текстур освещения, которые просто накладываются поверх обычных текстур, нарисованных вручную.