CPU-Rendering
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CPU-Rendering bezeichnet das Berechnen eines Bildes oder einer Animation mithilfe des Hauptprozessors (CPU – Central Processing Unit) eines Computers. Der Prozessor übernimmt dabei die mathematisch aufwendigen Berechnungen, die notwendig sind, um aus einer 3D-Szene ein fertiges 2D-Bild zu erzeugen.
Beim Rendering werden unter anderem Geometrie, Materialien, Licht, Schatten, Reflexionen, Brechungen und Kameraperspektive berechnet.
Wie funktioniert CPU-Rendering?
Eine 3D-Szene besteht beispielsweise aus Modellen, Texturen, Lichtquellen und einer Kamera. Der Renderer analysiert diese Informationen und berechnet für jeden Bildpunkt, welche Farbe und Helligkeit dieser Pixel erhalten soll.
Dabei führt die CPU sehr viele Berechnungen durch. Je nach Render-Verfahren können beispielsweise Lichtstrahlen verfolgt, Schatten berechnet oder Reflexionen und Brechungen simuliert werden. Bei einem einzelnen Bild können dabei Millionen oder sogar Milliarden Berechnungen anfallen.
CPU vs. GPU beim Rendering
Der wichtigste Unterschied liegt in der Art der Verarbeitung:
CPU:
Die CPU verfügt über vergleichsweise wenige, dafür sehr leistungsfähige Rechenkerne. Sie eignet sich besonders gut für komplexe und vielseitige Berechnungen.
GPU:
Eine GPU besitzt sehr viele Recheneinheiten und kann zahlreiche ähnliche Berechnungen parallel durchführen. Deshalb kann sie bei bestimmten Rendering-Aufgaben deutlich schneller sein.
Allerdings bedeutet das nicht automatisch, dass GPU-Rendering immer besser ist. Die Geschwindigkeit hängt stark vom Renderer, der Szene, den verwendeten Effekten und der Hardware ab.
Vorteile von CPU-Rendering
CPU-Rendering bietet einige wichtige Vorteile:
- hohe Kompatibilität mit vielen Renderern
- sehr große und komplexe Szenen können verarbeitet werden
- umfangreiche Arbeitsspeicherressourcen können genutzt werden
- bestimmte Funktionen und Effekte sind auf der CPU besser oder ausschließlich verfügbar
- zuverlässige Berechnung komplexer Szenen
- unabhängig von der verwendeten Grafikkarte
Gerade bei professionellen Renderings kann die CPU deshalb weiterhin eine wichtige Rolle spielen.
Nachteile
Ein wesentlicher Nachteil ist die Render-Geschwindigkeit. Bei bestimmten Aufgaben kann eine moderne GPU aufgrund ihrer hohen Parallelisierung wesentlich schneller sein.
Außerdem kann CPU-Rendering bei sehr aufwendigen Szenen eine hohe Prozessorlast erzeugen. Ein einzelnes Bild kann je nach Auflösung und Komplexität Sekunden, Minuten oder sogar Stunden benötigen.
Bei Animationen wird dieser Unterschied besonders deutlich: Eine Animation mit beispielsweise 1.000 Frames muss jedes einzelne Bild berechnen.
Beispiel
Stell dir eine fotorealistische 3D-Szene eines Fahrzeuges vor. Die Szene enthält:
- ein detailliertes Fahrzeugmodell
- Lack mit Reflexionen
- Glas
- Metall
- mehrere Lichtquellen
- realistische Schatten
- HDRI-Beleuchtung
- eine Umgebung
Beim CPU-Rendering berechnet der Prozessor für jedes Bild unter anderem, wie das Licht auf die Oberflächen trifft, welche Schatten entstehen und welche Reflexionen sichtbar sind. Anschließend wird daraus das fertige Bild erzeugt.
Bekannte CPU-Renderer
Einige bekannte Renderer können CPU-basiert arbeiten, beispielsweise Arnold, V-Ray, Corona Renderer oder RenderMan. Viele moderne Renderer unterstützen inzwischen allerdings sowohl CPU- als auch GPU-Rendering.
CPU-Rendering bei Animationen
Bei einer 3D-Animation wird jedes einzelne Frame separat berechnet. Wenn ein Frame beispielsweise 2 Minuten benötigt und eine Animation 900 Frames besitzt, ergibt sich theoretisch:
900 × 2 Minuten = 1.800 Minuten = 30 Stunden
Deshalb werden professionelle Animationen häufig auf Renderfarmen verteilt. Dabei übernehmen viele Computer gleichzeitig die Berechnung verschiedener Frames.
Kurz zusammengefasst
CPU-Rendering nutzt die Rechenleistung des Hauptprozessors, um aus einer 3D-Szene fertige Bilder zu berechnen. Es ist vielseitig und zuverlässig, kann bei bestimmten komplexen Renderings jedoch langsamer sein als GPU-Rendering.
