Co to jest Ray tracing? Jak działa?

Kategorie artykułu:

Opublikowany:

- Reklama -

Ray tracing to technika stosowana w grafice komputerowej do symulacji zachowania światła. Jest uważana za realistyczną metodę renderowania, ponieważ oblicza ścieżkę światła odbijającego się od obiektów w scenie, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak odbicia, załamania i cienie.

Podstawowy proces ray tracingu rozpoczyna się od wygenerowania wirtualnej kamery, która służy do określenia perspektywy sceny. Następnie komputer śledzi zestaw promieni, zwanych „promieniami pierwotnymi”, z kamery na scenę. Promienie te są używane do określenia koloru każdego piksela na ostatecznym obrazie.

Gdy promienie uderzają w obiekty w scenie, oddziałują z nimi na różne sposoby. Na przykład promień może odbijać się od błyszczącej powierzchni, załamywać się w przezroczystym obiekcie lub być blokowany przez nieprzezroczysty obiekt. Te interakcje są obliczane za pomocą równań matematycznych i określany jest wynikowy kolor i intensywność światła.

Śledzenie promieni umożliwia również obliczanie globalnego oświetlenia, czyli procesu określania, w jaki sposób światło oddziałuje z powierzchniami i obiektami w scenie. Obejmuje to obliczanie światła otoczenia, światła bezpośredniego i światła pośredniego, a także efektów cieni i odbić.

Ray tracing był tradycyjnie używany w renderowaniu offline, na przykład w filmach i animacjach, ze względu na wysokie koszty obliczeniowe. Jednak ostatnie postępy w sprzęcie i oprogramowaniu umożliwiły zastosowanie ray tracingu w czasie rzeczywistym, co doprowadziło do powstania nowych technik. Ogólnie rzecz biorąc, ray tracing jest potężną techniką tworzenia wysoce realistycznych obrazów, ale wymaga dużej mocy obliczeniowej. Dlatego nadal jest to aktywny obszar badań i rozwoju, a w przyszłości oczekuje się poprawy wraz z rosnącą mocą sprzętu i włączeniem technik uczenia maszynowego.

- Advertisement -

Skąd wzięło się Ray tracing

Historia ray tracingu sięga późnych lat 60. i wczesnych 70. XX wieku. Najwcześniejsze formy śledzenia promieni zostały opracowane przez naukowców z MIT i University of Utah. Te wczesne systemy były używane do renderowania prostych kształtów geometrycznych i nie nadawały się dobrze do bardziej złożonych scen.

W latach 80. nowe badania w grafice komputerowej doprowadziły do ​​opracowania bardziej zaawansowanych algorytmów śledzenia promieni. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley opracowali system, który był w stanie obsługiwać bardziej złożone sceny i generować bardziej realistyczne obrazy. System ten posłużył do stworzenia wielu przełomowych animacji i efektów specjalnych do filmów i telewizji.

W latach 90. postęp w sprzęcie komputerowym i oprogramowaniu umożliwił zastosowanie ray tracingu w bardziej złożonych scenach w czasie rzeczywistym. Doprowadziło to do opracowania nowych technik śledzenia promieni, takich jak rozproszone śledzenie promieni, umożliwiające renderowanie dużych, złożonych scen.

W ostatnich latach ponownie wzrosło zainteresowanie ray tracingiem, napędzane rozwojem nowego sprzętu i oprogramowania, takim jak wprowadzenie wyspecjalizowanych procesorów ray tracingu i rozwój ray tracingu w czasie rzeczywistym. Doprowadziło to do powstania nowych technik, takich jak path tracing, który jest wydajniejszą wersją tradycyjnego ray tracingu. Ogólnie rzecz biorąc, ray tracing przeszedł długą drogę od swoich początków i stał się potężną techniką tworzenia wysoce realistycznych obrazów. Oczekuje się, że w miarę ciągłego doskonalenia technologii ray tracing stanie się w przyszłości jeszcze potężniejszy i wydajniejszy.

Plusy i minusy technologii Ray Tracing

Ray tracing symuluje fizyczne zachowanie światła, co prowadzi do wysoce realistycznych obrazów. Może dokładnie przedstawiać odbicia, załamania i cienie, które są trudne do osiągnięcia innymi technikami. Może również dokładnie obliczyć globalne oświetlenie, czyli proces określania interakcji światła z powierzchniami i obiektami w scenie. Obejmuje to obliczanie światła otoczenia, światła bezpośredniego i światła pośredniego, a także efektów cieni i odbić. Ray tracing jest dość elastyczną technologią, którą można zastosować w wielu różnych scenach, w tym w statycznych obrazach i animacjach. Może być również używany w różnych zastosowaniach, takich jak filmy, animacje i gry wideo.

- Advertisement -

Jednak technologia raytracing zjada bardzo dużą ilość zasobów karty graficznej. Śledzenie promieni wymaga dużej mocy obliczeniowej procesora graficznego. Może to utrudniać zastosowanie w aplikacjach czasu rzeczywistego, takich jak gry wideo. Ray tracing wymaga dużej ilości pamięci do przechowywania sceny i informacji o promieniach. Może to stanowić ograniczenie dla systemów z ograniczoną pamięcią.

Ray tracing może generować szum na ostatecznym obrazie, który może być trudny do usunięcia. Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku scen o niskim poziomie oświetlenia lub scen z wysokim stopniem oświetlenia pośredniego. Warto dodać też, że ray tracing jest metodą opartą na fizyce, co oznacza, że symuluje zachowanie światła w świecie rzeczywistym. Może to utrudniać osiągnięcie określonych efektów artystycznych lub sterowanie ostatecznym obrazem w określony sposób.

Przyszłość Ray Tracing

Przyszłość ray tracingu wygląda obiecująco, ponieważ pojawiają się nowe technologie i badania mające na celu poprawę jakości i wydajności tej techniki. Ostatnie postępy w sprzęcie i oprogramowaniu umożliwiły stosowanie śledzenia promieni w czasie rzeczywistym, co doprowadziło do powstania nowych technik, takich jak renderowanie hybrydowe. Pozwala to na użycie zarówno rasteryzacji, jak i ray tracingu w jednym potoku, co jest bardziej wydajne i może generować wysoce realistyczne obrazy. Rozwój nowego sprzętu, takiego jak wyspecjalizowane procesory ray tracingu, może umożliwić zastosowanie ray tracingu w czasie rzeczywistym do obrazów i scen o wysokiej rozdzielczości.

Techniki uczenia maszynowego, takie jak uczenie głębokie, są wykorzystywane do poprawy wydajności i jakości śledzenia promieni. Naukowcy pracują nad opracowaniem metod opartych na uczeniu maszynowym, które można wykorzystać do przyspieszenia procesu renderowania i zmniejszenia szumów w końcowym obrazie.

Rosnąca popularność technologii rzeczywistości wirtualnej i rozszerzonej prowadzi do nowych wymagań dotyczących wysokiej jakości obrazów, ponieważ technologie te wymagają wyświetlania realistycznych i szczegółowych obrazów. Prowadzone są badania mające na celu opracowanie technik śledzenia promieni, które można zastosować w tego typu aplikacjach, aby poprawić wrażenia użytkownika. Naukowcy pracują nad poprawą realizmu śledzenia promieni poprzez zastosowanie technik, takich jak renderowanie wolumetryczne, rozpraszanie podpowierzchniowe i inne modele fizyczne w celu generowania bardziej realistycznych obrazów.

Ogólnie rzecz biorąc, ray tracing to potężna technika, która stale się rozwija i ulepsza, a nowe technologie i techniki pojawiają się w celu poprawy jakości i wydajności tej techniki. W rezultacie w niedalekiej przyszłości możemy spodziewać się bardziej realistycznych obrazów w grach wideo, wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości oraz innych aplikacjach.

-reklama-
-reklama-

Zobacz również:

Jakub Markiewicz
Jakub Markiewiczhttps://jotem.in
Prowadzę bloga jotem.in od 2013 roku. Prywatnie zajmuje się programowaniem, marketingiem i zarządzaniem mediami. Hobbistycznie lubię robić zdjęcia oraz kręcić filmy.
Subscribe
Powiadom o
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments

Więcej w tej kategorii

Komentarze

Najnowsze