▷ Τι είναι η ραστεροποίηση και ποια είναι η διαφορά της με την ανίχνευση ακτίνων

Μετά την επικείμενη απελευθέρωση των νέων καρτών γραφικών Nvidia RTX. Θέλαμε να γράψουμε ένα άρθρο σχετικά με το τι είναι rasterization και ποια είναι η διαφορά του με τον Ray Tracing. Είστε έτοιμοι να μάθετε όλα όσα πρέπει να ξέρετε για αυτήν την τεχνολογία; Ας ξεκινήσουμε!

Τι είναι οι διαφορές rasterization και Ray Tracing

Τα γραφικά PC σε πραγματικό χρόνο έχουν χρησιμοποιήσει εδώ και καιρό μια τεχνική που ονομάζεται "rasterization" για την εμφάνιση τρισδιάστατων αντικειμένων σε μια δισδιάστατη οθόνη. Είναι μια γρήγορη τεχνική και τα αποτελέσματα έχουν γίνει πολύ καλά τα τελευταία χρόνια, αν και δεν είναι τόσο καλό όσο μπορεί να κάνει η ανίχνευση ακτίνων.

Με την τεχνική ράστερ, τα αντικείμενα που βλέπετε στην οθόνη δημιουργούνται από ένα πλέγμα εικονικών τριγώνων ή πολυγώνων που δημιουργούν τρισδιάστατα μοντέλα αντικειμένων. Σε αυτό το εικονικό πλέγμα, οι γωνίες κάθε τριγώνου, γνωστές ως κορυφές, τέμνουν τις κορυφές άλλων τριγώνων διαφορετικών μεγεθών και σχημάτων. Εξαιτίας αυτού, πολλές πληροφορίες συνδέονται με κάθε κορυφή, συμπεριλαμβανομένης της θέσης της στο διάστημα, καθώς και πληροφορίες σχετικά με το χρώμα, την υφή και την "κανονική" της, η οποία χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της επιφάνειας του αντικειμένου..

Οι υπολογιστές μετατρέπουν έπειτα τα τρίγωνα των τρισδιάστατων μοντέλων σε pixel ή σημεία σε μια οθόνη 2D. Σε κάθε εικονοστοιχείο μπορεί να δοθεί μια αρχική τιμή χρώματος από τα δεδομένα που είναι αποθηκευμένα στις κορυφές του τριγώνου. Η επιπρόσθετη επεξεργασία ή "σκίαση" των pixel, η οποία περιλαμβάνει την αλλαγή του χρώματος των εικονοστοιχείων με βάση το πώς τα φώτα στη σκηνή έπληξαν το εικονοστοιχείο και την εφαρμογή μιας ή περισσότερων υφών στο εικονοστοιχείο, συνδυάζονται για να δημιουργήσουν το τελικό χρώμα που εφαρμόζεται ένα εικονοστοιχείο.

Συνοψίζουμε τους καλύτερους οδηγούς υλικού που σας ενδιαφέρουν:

• Οι καλύτεροι επεξεργαστές στην αγορά Οι καλύτερες μητρικές στην αγορά Η καλύτερη μνήμη RAM στην αγορά Καλύτερες κάρτες γραφικών στην αγορά Τα καλύτερα SSD στην αγορά

Αυτό είναι εκτεταμένο υπολογιστικά, καθώς μπορεί να υπάρχουν εκατομμύρια πολυγώνων που χρησιμοποιούνται για όλα τα μοντέλα αντικειμένων σε μια σκηνή και περίπου 8 εκατομμύρια pixels σε μια οθόνη 4K. Σε όλα αυτά πρέπει να προσθέσουμε ότι κάθε εικόνα που εμφανίζεται σε μια οθόνη συνήθως ενημερώνεται 30 έως 90 φορές ανά δευτερόλεπτο. Επίσης, τα buffer buffers, ο προσωρινός χώρος που έχει οριστεί για να επιταχύνουν τα πράγματα, χρησιμοποιούνται για την απόδοση καρέ πριν την προβολή τους στην οθόνη.

Χρησιμοποιείται επίσης ένα βάθος ή "z-buffer" για την αποθήκευση πληροφοριών βάθους pixel για να διασφαλιστεί ότι εμφανίζονται τα μπροστινά αντικείμενα στη θέση xy της οθόνης ενός εικονοστοιχείου και τα αντικείμενα πίσω από το μπροστινό αντικείμενο παραμένουν κρυμμένα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα σύγχρονα και γραφικά πλούσια παιχνίδια υπολογιστών βασίζονται σε ισχυρές μονάδες GPU, οι οποίες είναι ικανές για πολλά εκατομμύρια υπολογισμούς κάθε δευτερόλεπτο.

Το Ray Tracing λειτουργεί με εντελώς διαφορετικό τρόπο. Στον πραγματικό κόσμο, τα τρισδιάστατα αντικείμενα που βλέπουμε φωτίζονται από πηγές φωτός και τα φωτόνια που σχηματίζουν το φως μπορούν να αναπηδήσουν από το ένα αντικείμενο στο άλλο πριν φτάσουν στα μάτια του θεατή. Επίσης, το φως μπορεί να μπλοκαριστεί από κάποια αντικείμενα, δημιουργώντας σκιές ή το φως να αντανακλάται από το ένα αντικείμενο στο άλλο, όπως όταν βλέπουμε τις εικόνες ενός αντικειμένου που αντανακλάται στην επιφάνεια ενός άλλου. Έχουμε επίσης διαθλάσεις, οι οποίες προκαλούν μια αλλαγή στην ταχύτητα και την κατεύθυνση του φωτός καθώς περνά μέσα από διαφανή ή ημιδιαφανή αντικείμενα, όπως το γυαλί ή το νερό.

Το Ray Tracing αναπαράγει αυτά τα αποτελέσματα, είναι μια τεχνική που περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Arthur Appel της IBM το 1969. Αυτή η τεχνική εντοπίζει τη διαδρομή του φωτός που διέρχεται από κάθε εικονοκύτταρο σε μια επιφάνεια προβολής 2D και την μετατρέπει σε ένα 3D μοντέλο της σκηνής. Η επόμενη μεγάλη πρόοδος ήρθε μια δεκαετία αργότερα σε ένα βιβλίο του 1979 με τίτλο "Ένα βελτιωμένο μοντέλο φωτισμού για σκιασμένες οθόνες", ο Turner Whitted, μέλος της Nvidia Research, έδειξε πώς να συλλάβει τον προβληματισμό, τη σκιά και τη διάθλαση με το Ray Tracing.

Με την τεχνική Whitted, όταν το αστραπή χτυπά ένα αντικείμενο στη σκηνή, οι πληροφορίες χρώματος και φωτισμού στο σημείο πρόσκρουσης στην επιφάνεια του αντικειμένου συμβάλλουν στο επίπεδο χρώματος και φωτισμού των εικονοστοιχείων. Εάν η δέσμη αναπηδά ή ταξιδεύει στις επιφάνειες των διαφορετικών αντικειμένων πριν φτάσει στην πηγή φωτός, οι πληροφορίες χρώματος και φωτισμού από όλα αυτά τα αντικείμενα μπορούν να συμβάλουν στο τελικό χρώμα του εικονοστοιχείου.

Σας συνιστούμε να εγκαταστήσετε το Ubuntu Tweak στο Ubuntu 16.04

Ένα άλλο ζευγάρι εγγράφων στη δεκαετία του 1980 έθεσε το υπόλοιπο της πνευματικής βάσης για την επανάσταση των γραφικών υπολογιστών, η οποία ανέτρεψε τον τρόπο με τον οποίο γίνονται οι ταινίες. Το 1984, ο Robert Cook, ο Thomas Porter και ο Loren Carpenter, από την Lucasfilm, αναλύουν πώς το Ray Tracing θα μπορούσε να ενσωματώσει αρκετές κοινές κινηματογραφικές τεχνικές όπως θαμπάδα κινήσεων, βάθος πεδίου, μισό φως, διαύγεια και θολή αντανάκλαση που μέχρι τότε θα μπορούσαν να δημιουργηθούν με κάμερες. Δύο χρόνια αργότερα, το έργο του καθηγητή CalTech Jim Kajiya, "Η εξισορρόπηση εξισώσεων", ολοκλήρωσε το έργο της χαρτογράφησης του τρόπου με τον οποίο τα γραφικά του υπολογιστή δημιουργήθηκαν στη φυσική για να αντιπροσωπεύουν καλύτερα τον τρόπο σκέδασης του φωτός. σε μια σκηνή.

Συνδυάζοντας όλη αυτή την έρευνα με τις σύγχρονες GPU, τα αποτελέσματα είναι εικόνες που παράγουν υπολογιστές που συλλαμβάνουν σκιές, αντανακλάσεις και διαθλάσεις με τρόπους που μπορούν να διακριθούν από φωτογραφίες ή βίντεο πραγματικού κόσμου. Αυτός ο ρεαλισμός είναι γιατί ο Ray Tracing έχει έρθει να κατακτήσει τον σύγχρονο κινηματογράφο. Η ακόλουθη εικόνα που παράγεται από τον Enrico Cerica χρησιμοποιώντας το OctaneRender, δείχνει παραμόρφωση των γυάλινων κτυπήματος στη λάμπα, διάχυτο φωτισμό στο παράθυρο και γυαλισμένο γυαλί στο φανάρι στο πάτωμα που αντανακλάται στην εικόνα του πλαισίου.

Το Ray Tracing είναι μια εξαιρετικά απαιτητική τεχνική, η οποία είναι ο λόγος για τον οποίο οι κινηματογραφιστές βασίζονται σε μεγάλο αριθμό διακομιστών ή αγροκτημάτων για να δημιουργήσουν τις σκηνές τους σε μια διαδικασία που μπορεί να διαρκέσει ημέρες, ακόμη και εβδομάδες, για να δημιουργήσει πολύπλοκα ειδικά εφέ. Αναμφισβήτητα, πολλοί παράγοντες συμβάλλουν στη συνολική ποιότητα των επιδόσεων γραφικών και ανίχνευσης ακτίνων. Στην πραγματικότητα, επειδή η ανίχνευση ακτίνων είναι τόσο υπολογιστικά έντονη, χρησιμοποιείται συχνά για να αντιπροσωπεύει εκείνες τις περιοχές ή αντικείμενα σε μια σκηνή που ωφελεί περισσότερο από την οπτική ποιότητα και τον ρεαλισμό της τεχνικής, ενώ η υπόλοιπη σκηνή υποβάλλεται σε επεξεργασία χρησιμοποιώντας ραστεροποίηση.

Τι γνώμη έχετε για το άρθρο μας σχετικά με το τι είναι rasterization; Το θεωρήσατε ενδιαφέρον; Ανυπομονούμε να σας σχολιάσουμε!