▷ Что такое растеризация и чем она отличается от трассировки лучей

После скорого выхода новой видеокарты Nvidia RTX. Мы хотели написать статью о том, что такое растеризация и чем она отличается от Ray Tracing. Готовы знать все, что вам нужно знать об этой технологии? Давайте начнем!

В чем различия между растеризацией и трассировкой лучей

Графика ПК в реальном времени давно использует технику, называемую растеризацией, для отображения трехмерных объектов на двумерном экране. Это быстрый метод, и результаты стали очень хорошими за последние несколько лет, хотя и не так хороши, как трассировка лучей.

Используя растровую технику, объекты, которые вы видите на экране, создаются из сетки виртуальных треугольников или многоугольников, которые создают трехмерные модели объектов. В этой виртуальной сетке углы каждого треугольника, известные как вершины, пересекаются с вершинами других треугольников разных размеров и форм. Из-за этого с каждой вершиной связано много информации, включая ее положение в пространстве, а также информацию о цвете, текстуре и ее «норме», которая используется для определения того, как поверхность объекта обращена.,

Затем компьютеры преобразуют треугольники 3D-моделей в пиксели или точки на 2D-экране. Каждому пикселю может быть назначено начальное значение цвета из данных, хранящихся в вершинах треугольника. Дополнительная обработка пикселей или «затенение», которая включает в себя изменение цвета пикселя на основе того, как источники света в сцене попадают на пиксель, и применение одной или нескольких текстур к пикселю, объединяются для создания окончательного цвета, примененного к один пиксель.

Мы суммируем лучшие аппаратные руководства, которые должны вас заинтересовать:

• Лучшие процессоры на рынке Лучшие материнские платы на рынке Лучшие оперативные памяти на рынке Лучшие графические карты на рынке Лучшие твердотельные накопители на рынке

Это требует значительных вычислительных ресурсов, поскольку для всех моделей объектов в сцене могут использоваться миллионы полигонов и приблизительно 8 миллионов пикселей на экране 4K. Ко всему этому мы должны добавить, что каждое изображение, отображаемое на экране, обычно обновляется от 30 до 90 раз в секунду. Кроме того, буферы памяти, временное пространство, выделенное для ускорения, используются для предварительной визуализации кадров перед их отображением на экране.

Глубина или «z-буфер» также используется для хранения информации о глубине пикселя, чтобы гарантировать, что передние объекты в xy-положении экрана пикселя отображаются, а объекты за самым передним объектом остаются скрытыми. По этой причине современные компьютерные игры с богатым графическим интерфейсом полагаются на мощные графические процессоры, которые способны производить миллионы вычислений каждую секунду.

Ray Tracing работает совершенно по-другому. В реальном мире трехмерные объекты, которые мы видим, освещаются источниками света, и фотоны, составляющие свет, могут отскакивать от одного объекта к другому, прежде чем достичь глаз зрителя. Кроме того, свет может блокироваться некоторыми объектами, создавая тени, или свет может отражаться от одного объекта к другому, например, когда мы видим изображения одного объекта, отраженные на поверхности другого. У нас также есть преломления, которые вызывают изменение скорости и направления света, когда он проходит через прозрачные или полупрозрачные объекты, такие как стекло или вода.

Ray Tracing воспроизводит эти эффекты, это метод, который был впервые описан Артуром Аппелем из IBM в 1969 году. Этот метод отслеживает путь света, который проходит через каждый пиксель на 2D-поверхности просмотра, и превращает его в 3D-модель сцены. Следующим крупным прорывом стало десятилетие спустя в статье 1979 года под названием «Улучшенная модель освещения для затененных экранов», Тернер Уитед, в настоящее время являющийся членом Nvidia Research, показал, как захватывать отражение, тень и преломление с помощью Рэй Трассинг.

При использовании технологии Whited при ударе молнии по объекту в сцене информация о цвете и освещенности в точке воздействия на поверхность объекта влияет на цвет пикселя и уровень освещенности. Если луч отражается или проходит через поверхности различных объектов до достижения источника света, информация о цвете и освещении от всех этих объектов может внести свой вклад в конечный цвет пикселя.

МЫ РЕКОМЕНДУЕМ ВАМ Как установить Ubuntu Tweak в Ubuntu 16.04

Другая пара документов в 1980-х годах заложила остальную интеллектуальную основу революции компьютерной графики, которая перевернула способы создания фильмов. В 1984 году Роберт Кук, Томас Портер и Лорен Карпентер из Lucasfilm подробно рассказали, как Ray Tracing может включать в себя несколько распространенных кинематографических техник, таких как размытие в движении, глубина резкости, полупрозрачность, полупрозрачность и размытые отражения, которые до тех пор только они могут быть созданы с помощью камер. Два года спустя работа профессора CalTech Джима Каджия, «Уравнение рендеринга», завершила работу по картированию того, как компьютерная графика генерировалась в физике, чтобы лучше представить способ рассеивания света. в сцене.

Объединяя все эти исследования с современными графическими процессорами, мы получаем сгенерированные компьютером изображения, которые фиксируют тени, отражения и преломления способами, которые могут быть неотличимы от реальных фотографий или видео. Именно из-за этого Рея Трейсинга покорилось современное кино. На следующем изображении, созданном Энрико Церикой с использованием OctaneRender, показано искажение стеклянных штрихов в лампе, рассеянное освещение в окне и матовое стекло в фонаре на полу, отраженное на изображении в рамке.

Ray Tracing является чрезвычайно требовательным к энергопотреблению методом, поэтому создатели фильма полагаются на большое количество серверов или ферм для создания своих сцен в процессе, который может занять дни, даже недели, для создания сложных спецэффектов. Несомненно, многие факторы способствуют общему качеству графики и производительности трассировки лучей. На самом деле, поскольку трассировка лучей является настолько интенсивной в вычислительном отношении, она часто используется для представления тех областей или объектов в сцене, которые получают наибольшую выгоду от визуального качества и реализма техники, в то время как остальная часть сцены он обрабатывается с использованием растеризации.

Что вы думаете о нашей статье о растеризации? Вы нашли это интересным? Мы с нетерпением ждем ваших комментариев!