▷ Čo je rasterizácia a aký je jej rozdiel v sledovaní lúčov

Po najbližšom vydaní nových grafických kariet Nvidia RTX. Chceli sme napísať článok o tom, čo je rasterizácia a aký je jej rozdiel v porovnaní s Ray Tracingom. Ste pripravení vedieť všetko, čo potrebujete vedieť o tejto technológii? Začnime!

Čo je to rastrizácia a rozdiely sledovania Ray

Počítačová grafika v reálnom čase už dlho používa techniku ​​nazývanú „rasterizácia“ na zobrazenie trojrozmerných objektov na dvojrozmernej obrazovke. Je to rýchla technika a výsledky sa za posledných niekoľko rokov stali veľmi dobrými, hoci to nie je také dobré, ako to dokáže trasovanie lúčov.

Pomocou techniky rastrov sa objekty, ktoré vidíte na obrazovke, vytvárajú z mriežky virtuálnych trojuholníkov alebo polygónov, ktoré vytvárajú trojrozmerné modely objektov. V tejto virtuálnej mriežke rohy každého trojuholníka, známe ako vrcholy, pretína vrcholy iných trojuholníkov rôznych veľkostí a tvarov. Z tohto dôvodu je ku každému vrcholu priradených množstvo informácií, vrátane jeho polohy v priestore, ako aj informácií o farbe, štruktúre a jeho „normálnej“ hodnote, ktorá sa používa na určenie toho, ako povrch povrchu objektu čelí.,

Počítače potom prevádzajú trojuholníky 3D modelov na pixely alebo body na 2D obrazovke. Každému pixelu môže byť priradená počiatočná hodnota farby z údajov uložených na vrcholoch trojuholníka. Dodatočné spracovanie alebo „tieňovanie“ pixelov, ktoré zahŕňa zmenu farby pixelu na základe toho, ako svetlá v scéne dopadli na pixel, a použitie jednej alebo viacerých textúr na pixel, sa spojí a vytvorí konečnú farbu aplikovanú na jeden pixel.

Sumarizujeme najlepšie hardvérové ​​príručky, ktoré by vás mohli zaujímať:

• Najlepšie procesory na trhu Najlepšie základné dosky na trhu Najlepšie RAM pamäte na trhu Najlepšie grafické karty na trhu Najlepšie SSD na trhu

Je to výpočtovo náročné, pretože môžu existovať milióny polygónov použitých pre všetky objektové modely v scéne a približne 8 miliónov pixelov na 4K obrazovke. K tomu všetkému musíme dodať, že každý obrázok, ktorý sa zobrazuje na obrazovke, sa zvyčajne aktualizuje 30 až 90-krát za sekundu. Pamäťové vyrovnávacie pamäte, dočasný priestor vyhradený na urýchlenie vecí, sa tiež používajú na vykreslenie snímok vopred pred tým, ako sa zobrazia na obrazovke.

Hĺbka alebo „z-buffer“ sa tiež používa na ukladanie informácií o hĺbke pixelov, aby sa zabezpečilo, že sa zobrazia predné objekty v xy umiestnení obrazovky pixelov a objekty za najprednejším objektom zostanú skryté. To je dôvod, prečo sa moderné a graficky bohaté počítačové hry spoliehajú na výkonné GPU, ktoré sú schopné každú sekundu vykonať mnoho miliónov výpočtov.

Ray Tracing funguje úplne iným spôsobom. V skutočnom svete sú 3D objekty, ktoré vidíme, osvetlené zdrojmi svetla a fotóny, ktoré tvoria svetlo, sa môžu odraziť od jedného objektu k druhému skôr, ako sa dostanú k očiam diváka. Svetlo môže byť tiež blokované niektorými objektmi, vytvárať tiene alebo svetlo sa môže odraziť od jedného objektu k druhému, ako keď vidíme obrazy jedného objektu odrážané na povrchu druhého. Máme tiež lomy, ktoré spôsobujú zmenu rýchlosti a smeru svetla pri prechode cez priehľadné alebo polopriehľadné predmety, ako je sklo alebo voda.

Ray Tracing reprodukuje tieto účinky, jedná sa o techniku, ktorú prvýkrát opísal Arthur Appel z IBM v roku 1969. Táto technika sleduje dráhu svetla, ktorá prechádza každým pixelom na 2D pozorovacej ploche a premieňa ju na 3D model scény. Ďalší významný prielom prišiel o desať rokov neskôr v dokumente z roku 1979 s názvom „Vylepšený model osvetlenia pre tieňované obrazovky“, Turner Whitted, teraz člen Nvidia Research, ukázal, ako zachytiť odraz, tieň a lom pomocou Ray Tracing.

Technika Whitted, keď blesk zasiahne objekt na scéne, prispievajú informácie o farbe a osvetlení v bode dopadu na povrch objektu k farbe pixelu a úrovni osvetlenia. Ak lúč odrazí alebo prejde cez povrchy rôznych objektov pred dosiahnutím svetelného zdroja, informácie o farbe a osvetlení všetkých týchto objektov môžu prispieť k výslednej farbe pixla.

ODPORÚČAME VÁM nainštalovať Ubuntu Tweak v Ubuntu 16.04

Ďalšia dvojica dokumentov v osemdesiatych rokoch položila zvyšok intelektuálneho základu pre revolúciu v počítačovej grafike, ktorá prevrátila spôsob výroby filmov. I n 1984, Robert Cook, Thomas Porter a Loren Carpenter z Lucasfilmu, podrobne popisovali, ako Ray Tracing môže obsahovať niekoľko bežných kinematografických techník, ako sú rozmazanie pohybom, hĺbka ostrosti, polovičné svetlo, priesvitnosť a rozmazané odrazy, ktoré dovtedy iba mohli by byť vytvorené pomocou kamier. O dva roky neskôr dokončila práca profesora CalTecha Jima Kajiyaho „Renderingova rovnica“ mapovanie spôsobu generovania počítačovej grafiky pre fyziku, aby lepšie predstavovala spôsob rozptylu svetla. v scéne.

Výsledkom kombinácie tohto výskumu s modernými GPU sú obrazy generované počítačom, ktoré zachytávajú tiene, odrazy a refrakcie spôsobmi, ktoré sa nedajú odlíšiť od skutočných fotografií alebo videí. Realizmus je dôvodom, prečo Ray Tracing dobyl moderné kino. Nasledujúci obrázok vygenerovaný spoločnosťou Enrico Cerica pomocou oktánuRender ukazuje skreslenie sklenených úderov v lampe, rozptýlené osvetlenie v okne a matné sklo v svietidle na podlahe odrazené na obrázku rámu.

Ray Tracing je mimoriadne náročná technika, a preto sa tvorcovia spoliehajú na veľké množstvo serverov alebo fariem, aby vytvorili svoje scény v procese, ktorý môže trvať niekoľko dní až týždňov, kým vytvoria komplexné špeciálne efekty. Nepochybne veľa faktorov prispieva k celkovej kvalite grafiky a sledovania lúčov. V skutočnosti, pretože sledovanie lúčov je tak výpočtovo intenzívne, často sa používa na znázornenie tých oblastí alebo objektov v scéne, ktoré najviac profitujú z vizuálnej kvality a realizmu techniky, zatiaľ čo zvyšok scény spracováva sa pomocou rasterizácie.

Čo si myslíte o našom článku o tom, čo je rastrizácia? Páčilo sa vám to zaujímavé? Tešíme sa na vaše pripomienky!