Что такое трассировка лучей и как она работает. Что такое трассировка лучей.

Те же визуальные эффекты, связанные со световыми лучами, такие как рассеивание, отражение и дисперсия, могут быть использованы и для акустических эффектов для создания более реалистичной звуковой среды.

Что такое трассировка лучей

Трассировка лучей — это определение пути каждого светового луча от человеческого глаза до источника света. Как упоминалось ранее, существует бесчисленное количество лучей, «перескакивающих» от одного объекта к другому одновременно, и обработка этой информации является гигантской задачей для компьютера. Например, расчет реалистичного освещения путем обнаружения лучей в анимационном фильме обычно занимает несколько дней или даже месяцев. Вот почему этот метод нельзя было использовать в компьютерных играх, ведь видеокарта должна была выдавать до 60 кадров в секунду — и каждый кадр с идеальным освещением!

Благодаря достижениям в области графических процессоров, таких как новейшая серия NVIDIA RTX, трассировка лучей со временем будет использоваться во все большем количестве игр. До тех пор 3D-рендеринг в основном выполняется с помощью растеризации, которая является более простым методом (хотя сам процесс рендеринга все еще достаточно сложен).

Что такое растеризация?

Растеризация предполагает создание трехмерных объектов из миллионов многоугольников и треугольников. Каждый многоугольник или треугольник содержит информацию о своем положении в пространстве, цвете, текстуре и ориентации. И каждый треугольник, составляющий модель, преобразуется в пиксели определенного цвета на плоском экране. Для достижения более высокого качества изображения используются дополнительные методы преобразования трехмерных объектов в двухмерное изображение на экране. Во-первых, это затенение, когда цвет треугольника меняется в зависимости от падения света и взаимодействия текстуры объекта со светом. Это как нанесение на 3D-модель слоя цвета, соответствующего определенному световому эффекту. Информация о глубине также хранится в специальном буфере, чтобы компьютер мог определить, какие части объекта должны отображаться на экране, а какие заслонены другими поверхностями или объектами и поэтому не должны отображаться. Все это звучит довольно сложно, но на самом деле все очень просто: при растеризации определяется наилучший цвет для треугольников, в зависимости от расчета световых эффектов, положения треугольников, цвета и текстуры. Вся эта треугольная информация преобразуется в пиксели на экране. Экран, в свою очередь, играет роль художника, который использует данные, полученные в результате растеризации, для окрашивания определенных участков экрана.

При рендеринге методом трассировки лучей изображение получается путем отслеживания пути, который луч света проходит от окна просмотра (т.е. монитора) до каждого объекта, от которого он отражается, вплоть до источника этого луча. Во время отслеживания траектории лучей компьютер будет способен симулировать все эффекты их взаимодействия с различными поверхностями. Отражение, рефракция, тени на различных текстурах (гладких, грубых, прозрачных, цветных) – все это принимается в расчет. Результат – гораздо более реалистичное отображение света и тени по сравнению с растеризацией. Хотя существует множество приемов, которые применяются для искусственного повышения реализма игровых сцен, трассировка лучей продолжает оставаться самым полноценным решением.

Может возникнуть вопрос, почему путь лучей света проходит от проекционного окна к источнику света, а не наоборот. Если целью 3D-изображения является имитация реального мира, не будет ли более реалистичным визуализировать лучи от их источника? Причина — эффективность. Источник света испускает бесчисленное количество лучей, и компьютеру пришлось бы обрабатывать такое количество данных в течение нескольких дней, если не месяцев. Однако не все лучи достигают нашего окна. Другими словами: Мы его не увидим, поэтому вычислять его было бы пустой тратой времени. Во время игры наше окно зрения постоянно меняется, потому что персонаж постоянно движется, но многие лучи света так и не достигают его. Поэтому трассировка лучей «назад» от видового экрана для расчета только тех лучей, которые видны пользователю, является более эффективной с точки зрения использования компьютерных ресурсов.

Как давно используется трассировка лучей?

Трассировка лучей вот уже много лет используется во множестве областей, включая киноиндустрию, архитектуру, дизайн интерьеров. Если вы – геймер, то, вероятно, обратили на нее внимание лишь после выпуска новейших видеокарт NVIDIA серии RTX, в которых реализована поддержка этого метода. С развитием видеокарт мы будем видеть все больше игр, использующих трассировку лучей для создания реалистичного изображения. Для тех, кто желает получить максимум уже сегодня, самое время приобщиться самим к этой тенденции, ведь будущее технологии трассировки лучей выглядит очень перспективно. Компания MSI уже выпустила несколько мощных видеокарт с процессорами серии RTX, с помощью которых вы сможете поднять свою игру и качество изображения на новый уровень. Загляните на страницу-описание серии RTX, чтобы узнать больше о ее особенностях.

Дисплеи для технологии трассировки лучей Трассировка лучей имеет дело со светом и тенью. Когда эта технология активирована, игра часто показывает сцены с очень яркими и очень темными участками, как в реальной жизни. Однако монитору бывает трудно воспроизвести такие сильные контрасты. На мониторе с низким коэффициентом динамической контрастности детали в темных областях часто приносятся в жертву, чтобы выделить светлые части, в результате чего вся сцена выглядит так, будто покрыта слоем серой краски, а все цвета выглядят менее яркими. Чтобы полностью реализовать потенциал трассировки лучей, необходим монитор с отличной контрастностью. И это полностью зависит от типа ЖК-экрана. Сегодня в производстве мониторов используются три типа панелей: VA, IPS и TN. Панель VA обладает наилучшей контрастностью, в то время как панели IPS и TN просто лишены всех преимуществ технологии трассировки лучей для отображения света и тени и отображают сероватое изображение без глубокого черного цвета. Кроме того, панели VA обладают и другими преимуществами, крайне важными для игр, такими как низкое время отклика — 1 мс, широкие углы обзора и отличная цветопередача. Они выпускаются в виде мониторов с эргономичными изогнутыми дисплеями. Поэтому, чтобы насладиться преимуществами трассировки лучей, мы рекомендуем монитор с панелью VA.

Как истинно геймерская компания, MSI выбрала панели VA для своих игровых мониторов. Посмотрите на них здесь. Вступите в эру трассировки лучей с изогнутым игровым монитором MSI, и вы гарантированно получите качество изображения с трассировкой лучей, о котором вы даже не подозревали!

По мере развития технологий фотореалистичные изображения и сгенерированные компьютером видео переходят от готовых товаров к впечатлениям в реальном времени.

Что такое Трассировка лучей или Ray tracing?

Трассировка лучей — это метод рендеринга в видеоиграх, который максимально точно имитирует отражение света от объектов, создавая более реалистичные тени, отражения и эффекты освещения.

Исследования в области трассировки лучей и искусственного интеллекта и их применение для рендеринга графики впервые обсуждались в 1980-х годах. Однако проблема заключалась в недостаточной вычислительной мощности процессоров того времени. Прошли десятилетия, прежде чем видеочипы, подобные Turing от NVIDIA, заполнили этот пробел и воплотили в жизнь идеи прошлого.

Принципы работы

Фактически, все, что находится в поле нашего зрения, является результатом падения света на объекты, которые мы наблюдаем. Различные степени поглощения, отражения и преломления света от этих объектов формируют изображение для человеческого глаза.

Трассировка лучей, как следует из названия, представляет собой обратный процесс: это метод создания изображения на компьютере путем «трассировки» пути света от воображаемого глаза или камеры к объектам на изображении.

работа трассировки лучей

Алгоритм трассировки лучей учитывает как тип материала, так и источник света. Например, два баскетбольных мяча одинакового цвета не выглядят одинаково, если один из них сделан из кожи, а другой — из резины, поскольку свет воздействует на них по-разному. Объекты, находящиеся на пути лучей света, отбрасывают тени. А прозрачные или полупрозрачные материалы, такие как стекло или вода, преломляют свет.

Чтобы понять трассировку лучей, давайте представим сетку диаграммы в виде экрана компьютера. Чтобы визуализировать сцену из современной видеоигры, компьютер отображает трехмерный виртуальный мир игры на двухмерной плоскости — экране. Таким образом, компьютер должен определить цвет для каждого пикселя на экране.

Процесс начинается с проецирования одного или нескольких лучей со стороны наблюдателя и проверки, пересекаются ли эти лучи с треугольниками — строительными блоками виртуальных объектов в компьютерной графике. Если луч пересекает треугольник, алгоритм использует такие данные, как цвет треугольника и его расстояние от наблюдателя, чтобы вычислить конечный результат — цвет пикселя.

Кроме того, лучи могут отражаться от треугольника или пересекать его, создавая все новые и новые лучи, что также необходимо учитывать. Большинство из этих лучей обеспечивают лучшее качество изображения, но также требуют большей вычислительной мощности.

Как включить трассировку лучей в игре?

Одной из первых игр, поддерживающих трассировку лучей, была независимая игра Minecraft.

трассировка лучей в майнкрафт

Узнайте, как включить или отключить трассировку лучей в настройках игры.

  1. Запустите игру через Microsoft Store, нажав кнопку Play,
  2. В главном меню Minecraft нажмите Marketplace; нажмите на лупу в строке поиска и введите «RTX»,
  3. Выберите один из официальных пакетов RTX от Nvidia и установите его,
  4. Вернитесь в главное меню и нажмите «Играть»,
  5. Нажмите кнопку «Создать» и выберите один из шаблонов RTX World,
  6. После загрузки нажмите ESC и перейдите в раздел «Настройки» и «Видео»,
  7. Прокрутите страницу вниз и убедитесь, что ползунок рядом с «Трассировка лучей» включен.

В зависимости от модели видеокарты, расстояние рендеринга по умолчанию для трассировки лучей может быть меньше 24. Измените этот параметр по своему усмотрению, чтобы изменить расстояние трассировки лучей и сбалансировать качество графики и частоту кадров.

Оцените статью
club-cs.ru