Staru izsekošana



Staru izsekošana

Izmanto grafiskajā dizainā, staru izsekošana ir ceļa izmantošana, pa kuru iet gaisma pikseļi lai izveidotu attēlus. Staru izsekošana simulē gaismas staru ietekmi uz objektiem, ar kuriem tie sastopas. Attēli, kas izveidoti ar staru izsekošanu, parasti ir labākas kvalitātes un ar lielāku reālisma pakāpi, taču to pabeigšana prasa ilgāku laiku un prasa lielāku skaitļošanas jaudu. Tāpēc nekustīgu attēlu izveidošanai visbiežāk tiek izmantota staru izsekošana.



Piemēram, filmās var izmantot staru izsekošanu, jo attēlus var izgatavot pēcapstrādē, tādējādi atlicinot daudz laika. Turpretim video spēlēm nepieciešama ātrāka attēlu renderēšana; tāpēc staru izsekošana nav labākais risinājums.

Kā darbojas staru izsekošana?

Programmatūra ar nosaukumu a staru marķieris simulē atsevišķu gaismas staru ceļojumu no virtuālā gaismas avota uz virtuālās kameras objektīvu. Virtuālais gaismas stars var iziet caur tilpuma atmosfēru, piemēram, miglu vai dūmiem, un mijiedarboties ar materiāla virsmām, piemēram, metālu, stiklu vai ūdeni. Katru no šiem objektiem mākslinieki un inženieri ir izstrādājuši un modelējuši, lai ietekmētu ainas izskatu, ko nodrošina staru marķieris. Uzlabotie staru marķieri var izmantot papildu aprēķinus, piemēram, savstarpēja pārdomas , starojums un kaustika, lai simulētu sarežģītu gaismas uzvedību.



Cik ilgi tas notiek?

Staru izsekošana var radīt ļoti reālistiskus attēlus, taču tā ir skaitļošanas ziņā dārga un tāpēc ļoti lēna. Piemēram, katrs datora animācijas filmas kadrs Briesmoņu universitāte , izlaidis Pixar 2013. gadā renderēšanai bija nepieciešamas 29 stundas. Ar 24 kadriem sekundē 110 minūšu filmai ir aptuveni 160 000 kadru. Pixar izmantoja masveida apmetumu fermu izplatīt aprēķinu, pabeidzot to dažu mēnešu laikā. Vienā datorā filmas renderēšanas pabeigšanai būtu nepieciešami četri ar pusi miljoni stundu - 524 gadi.

Ne visi apmetēji ir staru marķieri

Tā kā to aprēķināšana prasa ilgu laiku, galīgajā renderēšanā bieži tiek izmantota staru izsekošana. Starpposma vai priekšskatījuma renderēšanu bieži veic ar “lētākiem” renderētājiem, kas ātri rada zemākas kvalitātes attēlu. Piemēram, Blenderis izmanto Cycles Renderer, lai veiktu staru izsekošanu, vai Blender Internal Renderer, lai ātri atveidotu nefotorealistiskus attēlus.



Staru izsekošana uz GPU

Tradicionāli staru izsekošanu veic centrālais procesors, nevis GPU. GPU aparatūra ir paredzēta, lai izsūknētu tik daudz FPS (kadri sekundē) pēc iespējas uzlabot reāllaika grafikas lietojumprogrammas, piemēram, videospēles. Turpretī staru izsekošana parasti ir lēns process, reāllaika ātrumu ziedojot fotoreālistiskai kvalitātei. Tāpēc staru izsekošanas programmatūra nav paredzēta darbībai ar GPU aparatūru, un GPU aparatūra nav paredzēta staru izsekošanai.

Tomēr 13. augustā 2018. gads , NVidia paziņoja par savu jauno Turing grafikas apstrādes arhitektūru, kas reālā laikā spēj veikt staru izsekošanu. Plānots, ka pirmie GPU, kas izmantos Turinga arhitektūru, Quadro RTX, tiks izlaisti gada beigās 2018. gads .

Staru izsekošanas programmatūra

Šie ir staru izsekošanas programmatūras piemēri, kas pieejami lejupielādei vai iegādei.

  • Autodesk 3ds max - patentēta 3D modelēšanas, animācijas un renderēšanas lietojumprogramma, kas galvenokārt paredzēta CAD lietotājiem, piemēram, arhitektiem.
  • Autodesk Maya - Līdzīgi kā 3ds max, bet koncentrējoties uz rakstzīmju animāciju.
  • Blenderis - bezmaksas, atvērtais avots 3D modelēšana, animācija un renderēšanas programma.
  • Braiss - Fraktāļu ainavas ģenerators, kas ieviests gadā 1994. gads .
  • Kino 4D - 3D modelēšanas, animācijas un renderēšanas lietojumprogramma ar procesuāliem efektiem filmu veidotājiem un kustību grafikas māksliniekiem, kas reklamēta kā viegli iemācāma.
  • Houdini - Pilnībā aprīkota 3D animācijas lietojumprogramma ar simulētu fiziku, šķidruma dinamiku un tilpuma simulācijām. Studentiem un entuziastiem bez maksas ir pieejama ierobežota versija ar nosaukumu Houdini māceklis.
  • Gaismas viļņi - 3D CGI lietojumprogramma, ko izmanto kustības grafikas izveidošanai, specefekti , un video spēles .
  • LuxCoreRender - Bezmaksas, atvērtā koda renderētājs vietnei Windows , macOS , un Linux .
  • POV-Rejs (The Persistence of Vision Raytracer) - bezmaksas, atvērta pirmkoda renderētājs, kas veido attēlus no SDL (ainas apraksta valoda), Turinga pilnīgas valodas ar makro atbalstu.
  • RenderMan - Pixar izstrādāts filmas kvalitātes renderētājs, ko izmanto tādās filmās kā Neticami 2 un Atriebēji: Bezgalības karš .
  • Visionaray - Atvērtā koda, starpplatformu staru izsekošanas bibliotēka.