▷ Kaj je rastrizacija in kakšna je njena razlika pri sledenju žarkov

Po skorajšnji izdaji novih grafičnih kartic Nvidia RTX. Želeli smo napisati članek o tem, kaj je rastrizacija in kakšna je njena razlika pri Rayu Tracingu. Ste pripravljeni vedeti vse, kar morate vedeti o tej tehnologiji? Začnimo!

Kaj je rastterizacija in razlike v sledenju Rayu

V grafičnem računalniku v realnem času se že dolgo uporablja tehnika, imenovana "rastrizacija", za prikaz tridimenzionalnih predmetov na dvodimenzionalnem zaslonu. Gre za hitro tehniko in rezultati so v zadnjih nekaj letih postali zelo dobri, čeprav ni tako dober, kot to lahko naredi sledenje žarkov.

Z rastrsko tehniko se predmeti, ki jih vidite na zaslonu, ustvarijo iz mreže virtualnih trikotnikov ali mnogokotnikov, ki ustvarjajo tridimenzionalne modele predmetov. V tej virtualni mrežici se vogali vsakega trikotnika, znani kot točki, sekajo vrhove drugih trikotnikov različnih velikosti in oblik. Zaradi tega je z vsako točko povezano veliko informacij, vključno z njenim položajem v prostoru, pa tudi podatki o barvi, teksturi in njenem "normalnem", ki se uporablja za določanje, kako se površina predmeta spopada..

Računalniki nato trikotnike 3D modelov pretvorijo v slikovne pike ali točke na 2D zaslonu. Vsakemu pikslu je mogoče dodeliti začetno barvno vrednost iz podatkov, shranjenih v vrhovih trikotnika. Dodatna obdelava ali "senčenje" pikslov, ki vključuje spreminjanje barve pik glede na to, kako luči v prizoru udarijo v pik, in na eno ali več tekstur na pik, združijo, da ustvarijo končno barvo, uporabljeno za en piksel.

Povzemamo najboljše strojne vodnike, ki bi vas morali zanimati:

• Najboljši procesorji na trgu Najboljše matične plošče na trgu Najboljši pomnilnik RAM na trgu Najboljše grafične kartice na trgu Najboljši SSD diski na trgu

To je računsko intenzivno, saj je morda na milijone poligonov, ki se uporabljajo za vse modele objektov v sceni, in približno 8 milijonov pik na 4K zaslonu. K vsemu temu moramo dodati, da se vsaka slika, ki je prikazana na zaslonu, običajno posodobi od 30 do 90 krat na sekundo. Pomnilniški medpomnilniki, začasni prostor, namenjen pospeševanju stvari, se uporabljajo za prikaz vnaprej okvirjev, preden se prikažejo na zaslonu.

Globina ali "z-pufer" se uporablja tudi za shranjevanje informacij o globini pikslov, da se zagotovi, da so sprednji predmeti na mestu xy zaslona slikovnih pik prikazani, predmeti za najbolj sprednjim predmetom pa ostanejo skriti. To je razlog, da se sodobne in grafično bogate računalniške igre zanašajo na zmogljive grafične procesorje, ki zmorejo več milijonov izračunov vsako sekundo.

Ray Tracing deluje na popolnoma drugačen način. V resničnem svetu so 3D predmeti, ki jih vidimo, osvetljeni s svetlobnimi viri, fotoni, ki sestavljajo svetlobo, pa lahko odskočijo od enega predmeta do drugega, preden pridejo do oči gledalca. Tudi svetlobo lahko nekateri objekti blokirajo, kar ustvarja sence ali pa se svetloba odbija od enega predmeta do drugega, kot takrat, ko vidimo slike enega predmeta, ki se odražajo na površini drugega. Imamo tudi refrakcije, ki povzročajo spremembo hitrosti in smeri svetlobe, ko ta prehaja skozi prozorne ali polprosojne predmete, kot sta steklo ali voda.

Ray Tracing reproducira te učinke, gre za tehniko, ki jo je leta 1969 prvi opisal Arthur Appel iz IBM-a. Ta tehnika izsledi pot svetlobe, ki skozi vsak piksel prehaja na 2D razgledni površini in jo spremeni v 3D model scene. Naslednji večji preboj je prišel desetletje pozneje v dokumentu iz leta 1979 z naslovom "Izboljšani model osvetlitve za zasenčene zaslone", Turner Whitted, ki je zdaj član raziskave Nvidia, je pokazal, kako ujeti odsev, senco in lomljenje Ray Tracing.

S tehniko Whitted, ko strela zadene predmet v prizor, informacije o barvi in ​​osvetlitvi na mestu udarca na površino predmeta prispevajo k barvi in ​​osvetljenosti pikslov. Če žarek odbije ali potuje po površinah različnih predmetov, preden doseže svetlobni vir, lahko informacije o barvi in ​​osvetlitvi vseh teh predmetov prispevajo k končni barvi piksla.

PRIPOROČAMO VAS Kako namestiti Ubuntu Tweak v Ubuntu 16.04

Drug par dokumentov v osemdesetih je postavil preostanek intelektualne podlage za revolucijo računalniške grafike, ki je preoblikovala način snemanja filmov. 1984, Robert Cook, Thomas Porter in Loren Carpenter iz Lucasfilma, so podrobno opisali, kako lahko Ray Tracing vključi več običajnih kinematografskih tehnik, kot so zamegljenost gibanja, globinska ostrina, pol svetloba, prosojnost in zamegljeni odsevi, ki so bili do takrat le ustvarili bi jih lahko s kamerami. Dve leti pozneje je delo profesorja CalTech Jima Kajiya, "Enačba upodabljanja", zaključil delo s preslikavo načina, kako se računalniška grafika ustvarja v fiziki, da bi bolje predstavljala način razpršitve svetlobe. v prizoru.

Rezultati tega raziskovanja so združeni s sodobnimi grafičnimi procesorji, računalniško ustvarjene slike, ki zajemajo sence, odseve in lome na načine, ki jih ni mogoče razlikovati od fotografij ali videoposnetkov iz resničnega sveta. Prav realizem je razlog, da je Ray Tracing osvojil sodobno kinematografijo. Naslednja slika, ki jo je Enrico Cerica ustvaril z uporabo OctaneRender, prikazuje popačenje steklenih potez v svetilki, razpršeno osvetlitev v oknu in motnega stekla v svetilki na tleh, ki se odraža na sliki okvirja.

Ray Tracing je izjemno zahtevna tehnika, zato se filmski ustvarjalci zanašajo na veliko število strežnikov ali kmetij, da ustvarijo svoje prizore v procesu, ki lahko traja dneve, celo tedne, da ustvari zapletene posebne učinke. Nedvomno k celotni kakovosti grafike in uspešnosti sledenja žarkov prispevajo številni dejavniki. Ker je sledenje žarkov tako računsko intenzivno, ga pogosto uporabljamo za predstavljanje tistih področij ali predmetov v prizoru, ki imajo največjo korist od vizualne kakovosti in realizma tehnike, ostali del scene se obdeluje z uporabo rastrizacije.

Kaj menite o našem članku o tem, kaj je rastrizacija? Se vam je zdelo zanimivo? Veselimo se vaših komentarjev!