▷ Kas ir rastrizācija un kāda ir tā atšķirība ar staru izsekošanu

Pēc gaidāmās jauno Nvidia RTX grafisko karšu izlaišanas. Mēs gribējām uzrakstīt rakstu par to, kas ir rastratizēšana un kāda ir tā atšķirība ar Ray Tracing. Vai esat gatavs zināt visu, kas jums jāzina par šo tehnoloģiju? Sāksim!

Kādas ir rasterizācijas un staru izsekošanas atšķirības

PC grafikā reāllaikā jau sen ir izmantota tehnika, ko sauc par “rastratizēšanu”, lai trīsdimensiju objektus parādītu divdimensiju ekrānā. Tas ir ātrs paņēmiens, un rezultāti dažu pēdējo gadu laikā ir kļuvuši ļoti labi, lai gan tas nav tik labs, kā to var dot staru izsekošana.

Izmantojot rastra paņēmienu, ekrānā redzamie objekti tiek veidoti no virtuālu trīsstūru vai daudzstūru tīkla, kas veido trīsdimensiju objektu modeļus. Šajā virtuālajā acī katra trijstūra stūri, ko sauc par virsotnēm, krustojas ar citu dažādu izmēru un formu trijstūru virsotnēm. Tādēļ ar katru virsotni tiek saistīta daudz informācijas, ieskaitot tās atrašanās vietu telpā, kā arī informāciju par krāsu, faktūru un tā "normālo", ko izmanto, lai noteiktu, kā objekta virsma saskaras..

Pēc tam datori pārveido 3D modeļu trīsstūrus pikseļos vai punktos 2D ekrānā. Katram pikselim var piešķirt sākotnējo krāsas vērtību no datiem, kas glabājas trīsstūra virsotnēs. Papildu pikseļu apstrāde vai “ēnojums”, kas ietver pikseļa krāsas maiņu atkarībā no tā, kā sižeta gaismas iedarbojas uz pikseļu, un vienas vai vairāku faktūru piemērošanu pikselam apvieno, lai iegūtu galīgo krāsu, kas tiek piemērota viens pikselis.

Mēs apkopojam labākos aparatūras ceļvežus, kuriem vajadzētu jūs interesēt:

• Labākie procesori tirgū Labākās mātesplates tirgū Labākā RAM atmiņa tirgū Labākās grafikas kartes tirgū Labākie SSD diski tirgū

Tas ir skaitļošanas ziņā intensīvs, jo var būt miljoniem daudzstūru, ko izmanto visiem objekta modeļiem sižetā, un apmēram 8 miljoni pikseļu uz 4K ekrāna. Tam visam jāpiebilst, ka katrs attēls, kas tiek parādīts ekrānā, parasti tiek atjaunināts 30 līdz 90 reizes sekundē. Arī atmiņas buferi - pagaidu telpa, kas atvēlēta lietas paātrināšanai - tiek izmantoti kadru iepriekšējai atveidošanai, pirms tie tiek parādīti ekrānā.

Dziļums vai “z-buferis” tiek izmantots arī pikseļu dziļuma informācijas glabāšanai, lai nodrošinātu, ka priekšējie objekti pikseļa ekrāna xy vietā tiek parādīti un objekti, kas atrodas aiz priekšējā objekta, paliek paslēpti. Tas ir iemesls, kāpēc mūsdienu un grafiski bagātīgās datorspēles paļaujas uz jaudīgiem GPU, kas katru sekundi spēj veikt daudzus miljonus aprēķinu.

Ray Tracing darbojas pavisam savādāk. Reālajā pasaulē 3D objektus, kurus mēs redzam, apgaismo gaismas avoti, un fotoni, kas veido gaismu, var piepeši no viena objekta uz otru, pirms tie nonāk skatītāja acīs. Gaismu var bloķēt arī daži objekti, radot ēnas, vai arī gaismu var atstarot no viena objekta uz otru, tāpat kā tad, ja mēs redzam viena objekta attēlus, kas atspoguļoti uz otra virsmas. Mums ir arī refrakcijas, kas izmaina gaismas ātrumu un virzienu, kad tā iziet cauri caurspīdīgiem vai daļēji caurspīdīgiem objektiem, piemēram, stiklam vai ūdenim.

Ray Tracing atkārto šos efektus, tas ir paņēmiens, kuru pirmo reizi aprakstīja Artūrs Appelss no IBM 1969. gadā. Šis paņēmiens izseko gaismas ceļu, kas iet caur katru pikseļu uz 2D skata virsmas, un pārvērš to par ainas 3D modeli. Nākamais nozīmīgais sasniegums notika desmit gadus vēlāk 1979. gada dokumentā ar nosaukumu “Uzlabots ēnoto ekrānu apgaismojuma modelis”. Turners Vitts, kurš tagad ir “ Nvidia Research” dalībnieks, parādīja, kā uztvert refleksiju, ēnu un refrakciju ar Ray Tracing.

Izmantojot Vaitu paņēmienu, kad zibens trieciens objektam atrodas ainavā, krāsa un apgaismojuma informācija trieciena vietā uz objekta virsmu veicina pikseļu krāsu un apgaismojuma līmeni. Ja staru kūlis atlec vai pārvietojas pa dažādu objektu virsmām pirms gaismas avota sasniegšanas, visu šo objektu krāsa un apgaismojums var dot ieguldījumu pikseļa galīgajā krāsā.

Mēs iesakām jums, kā Ubuntu 16.04 instalēt Ubuntu Tweak

Vēl viens dokumentu pāris 1980. gados ielika atlikušo intelektuālo pamatu datorgrafikas revolūcijai, kas apgāza filmu veidošanas veidu. 1984. gadā Roberts Kuks, Tomass Porters un Lorena Kārpentere no Lucasfilm detalizēti aprakstīja, kā Ray Tracing var ietvert dažādas izplatītas kinematogrāfijas metodes, piemēram, kustības izplūšanu, lauka dziļumu, pusgaismību, caurspīdīgumu un izplūdušas refleksijas, kuras līdz tam bija tikai tos varēja izveidot ar kamerām. Divus gadus vēlāk CalTech profesora Džima Kadžija darbs "Renderēšanas vienādojums" pabeidza darbu, lai kartētu, kā datorgrafika tika ģenerēta fizikā, lai labāk atspoguļotu gaismas izkliedes veidu. ainā.

Apvienojot visu šo pētījumu ar mūsdienu GPU, rezultāti ir datorizēti attēli, kas uztver ēnas, atstarojumus un refrakcijas veidos, kurus nevar atšķirt no reālās pasaules fotoattēliem vai video. Šī reālisma dēļ Ray Tracing ir ieradies, lai iekarotu moderno kino. Šis Enrico Cerica radītais attēls, izmantojot OctaneRender, parāda stikla triecienus lampā, izkliedētu apgaismojumu logā un matētu stiklu laternā uz grīdas, kas atspoguļots rāmja attēlā.

Ray Tracing ir ļoti prasīga tehnika, tāpēc filmu veidotāji paļaujas uz lielu skaitu serveru vai fermu, lai izveidotu savas ainas procesā, kas var aizņemt dienas, pat nedēļas, lai radītu sarežģītus specefektus. Neapšaubāmi, ka daudzi faktori veicina grafikas un staru izsekošanas veiktspējas vispārējo kvalitāti. Faktiski, tā kā staru izsekošana ir tik intensīva skaitļošanā, to bieži izmanto, lai attēlotu tos apgabalus vai objektus, kas visvairāk gūst labumu no tehnikas vizuālās kvalitātes un reālisma, bet pārējā aina tas tiek apstrādāts, izmantojot rastrizāciju.

Ko jūs domājāt par mūsu rakstu par rasterizāciju? Vai jums tas šķita interesanti? Mēs ļoti gaidīsim jūsu komentārus!