▷ Co je to rasterizace a jaký je rozdíl mezi sledováním paprsků

Po bezprostředním vydání nových grafických karet Nvidia RTX. Chtěli jsme napsat článek o tom, co je rasterizace a jaký je její rozdíl s Ray Tracing. Jste připraveni vědět vše, co potřebujete vědět o této technologii? Začněme!

Co je to rasterizace a rozdíly ve sledování paprsku

Počítačová grafika v reálném čase již dlouho používá techniku ​​zvanou „rasterizace“ k zobrazení trojrozměrných objektů na dvourozměrné obrazovce. Je to rychlá technika a výsledky se v posledních několika letech staly velmi dobrými, i když to není tak dobré, jak to dokáže trasování paprsků.

Pomocí rastrové techniky jsou objekty, které vidíte na obrazovce, vytvořeny z mřížky virtuálních trojúhelníků nebo polygonů, které vytvářejí trojrozměrné modely objektů. V této virtuální síti protínají rohy každého trojúhelníku, známé jako vrcholy, vrcholy jiných trojúhelníků různých velikostí a tvarů. Z tohoto důvodu je s každým vrcholem spojeno mnoho informací, včetně jeho polohy v prostoru, stejně jako informace o barvě, struktuře a jeho „normální“, která se používá k určení toho, jak povrchový povrch objektu čelí..

Počítače pak převádějí trojúhelníky 3D modelů na pixely nebo body na 2D obrazovce. Každému pixelu lze přiřadit počáteční hodnotu barvy z dat uložených ve vrcholech trojúhelníku. Další zpracování pixelů nebo „stínování“, které zahrnuje změnu barvy pixelů na základě toho, jak světla ve scéně dopadly na pixel, a použití jedné nebo více textur na pixel, se spojí a vytvoří konečnou barvu aplikovanou na jeden pixel.

Shrnujeme nejlepší hardwarové příručky, které by vás měly zajímat:

• Nejlepší procesory na trhu Nejlepší základní desky na trhu Nejlepší RAM paměti na trhu Nejlepší grafické karty na trhu Nejlepší SSD na trhu

To je výpočetně náročné, protože mohou existovat miliony polygonů použitých pro všechny objektové modely ve scéně a přibližně 8 milionů pixelů na obrazovce 4K. K tomu všemu musíme dodat, že každý obraz, který se zobrazuje na obrazovce, se obvykle aktualizuje 30 až 90krát za sekundu. Paměťové vyrovnávací paměti, dočasný prostor vyhrazený pro urychlení věcí, se také používají k vykreslení rámců předem, než se zobrazí na obrazovce.

Hloubka nebo „z-buffer“ se také používá k ukládání informací o hloubce pixelů, aby se zajistilo, že přední objekty v xy umístění obrazovky pixelů budou zobrazeny a objekty za nejpřednějším objektem zůstanou skryté. To je důvod, proč moderní a graficky bohaté počítačové hry spoléhají na výkonné GPU, které jsou schopny mnoha vteřin výpočtů každou sekundu.

Ray Tracing funguje úplně jinak. Ve skutečném světě jsou 3D objekty, které vidíme, osvětleny světelnými zdroji a fotony, které tvoří světlo, se mohou odrazit od jednoho objektu k druhému, než se dostanou do očí diváka. Také světlo může být blokováno některými objekty, vytvářet stíny nebo světlo může být odrazeno od jednoho objektu k druhému, jako když vidíme obrazy jednoho objektu odrazeného na povrchu jiného. Máme také lomy, které způsobují změnu rychlosti a směru světla při průchodu průhlednými nebo poloprůhlednými předměty, jako je sklo nebo voda.

Ray Tracing reprodukuje tyto účinky, jedná se o techniku, kterou poprvé popsal Arthur Appel z IBM v roce 1969. Tato technika sleduje cestu světla, která prochází každým pixelem na 2D pozorovací ploše a proměňuje ji v 3D model scény. Další významný průlom přišel o deset let později v dokumentu z roku 1979 nazvaném „Vylepšený model osvětlení pro stínované obrazovky“, Turner Whitted, nyní člen Nvidia Research, ukázal, jak zachytit odraz, stín a lom pomocí Ray Tracing.

Při použití technologie Whitted, kdy blesk udeří na objekt ve scéně, přispívají informace o barvě a osvětlení v okamžiku dopadu na povrch objektu k barvě pixelů a úrovni osvětlení. Pokud paprsek odskočí nebo se pohybuje přes povrchy různých objektů před dosažením světelného zdroje, informace o barvě a osvětlení ze všech těchto objektů mohou přispět ke konečné barvě pixelu.

DOPORUČUJEME Nainstalovat Ubuntu Tweak v Ubuntu 16.04

Další dvojice dokumentů v 80. letech položila zbytek intelektuálního základu pro revoluci počítačové grafiky, která převrátila způsob vytváření filmů. I n 1984, Robert Cook, Thomas Porter a Loren Carpenter, z Lucasfilmu, podrobně popsali, jak Ray Tracing může zahrnovat několik běžných kinematografických technik, jako je rozmazání pohybu, hloubka ostrosti, polovina světla, průsvitnost a rozmazané odrazy, které do té doby pouze mohly být vytvořeny pomocí kamer. O dva roky později dokončila práce profesora CalTecha Jim Kajiya „Rendering rovnice“ mapování způsobu generování počítačové grafiky do fyziky, aby lépe představovala způsob rozptylu světla. ve scéně.

Výsledkem kombinace tohoto výzkumu s moderními GPU jsou obrazy generované počítačem, které zachycují stíny, odrazy a refrakce způsobem, který lze nerozeznat od skutečných fotografií nebo videí. Realismus je důvodem, proč Ray Tracing dobyl moderní kino. Následující obrázek vytvořený Enrico Cerica pomocí OctaneRender, ukazuje zkreslení skleněných úderů v lampě, rozptýlené osvětlení v okně a matné sklo v lucerně na podlaze, které se odráží v obraze rámu.

Ray Tracing je extrémně náročná technika, a proto tvůrci filmů spoléhají na vytváření velkého počtu serverů nebo farem v procesu, který může trvat několik dní až týdnů, a vytvořit tak komplexní speciální efekty. Nepochybně přispívá k celkové kvalitě grafiky a sledování paprsků mnoho faktorů. Ve skutečnosti, protože trasování paprsků je tak výpočetně intenzivní, je často používáno k reprezentaci těch oblastí nebo objektů ve scéně, které nejvíce těží z vizuální kvality a realismu techniky, zatímco zbytek scény zpracovává se pomocí rasterizace.

Co si myslíte o našem článku o tom, co je rasterizace? Připadalo vám to zajímavé? Těšíme se na vaše komentáře!