Raytracing – Wikipedia

Tracé laser (dt. Suivi du faisceau ^[d’abord] ou Suivi des rayons , ^[2] en anglais principalement tracé laser ) est un algorithme basé sur la diffusion des rayons pour le calcul de la couverture, c’est-à-dire pour déterminer la visibilité des objets à trois dimensions à partir d’un certain point de la pièce. Raytraçage fait également référence à plusieurs extensions de cette procédure fondamentale, qui calculent le chemin supplémentaire des rayons après le coup sur les surfaces.

RayTracing est le plus important dans le graphique informatique 3D. Ici, l’algorithme Raytracing de base est un moyen d’afficher une scène 3D. Les extensions qui simulent le chemin des rayons lumineux à travers la scène servent, ainsi que le processus de radiosité, le calcul de la distribution de la lumière.

D’autres domaines d’application de Raytracing sont la l’auralisation, Seismik ^[3] et technologie haute fréquence.

Image calculée calculée avec Raytracing

Avec Raytracing, des images photo-réalistes peuvent être créées.

Avant le développement de Raytracing, la zone jeune de l’infographie 3D consistait essentiellement en une série de “astuces de programmation” avec lesquelles l’ombrage d’objets illuminés devrait être imité. Raytracing a été le premier algorithme de ce domaine à montrer un certain sens physique.

La première photo calculée avec Raytracing a été publiée en 1963 à l’Université du Maryland sur un écran de type oscilloscope. ^[4] Arthur Appel, Robert Goldstein et Roger Nagel, qui ont publié l’algorithme à la fin des années 1960, sont souvent considérés comme des développeurs de l’algorithme Raytracing. ^{[5] [6] [7]} Les autres chercheurs qui ont traité des techniques de tracé de rayons à l’époque étaient Herb Steinberg, Marty Cohen et Eugene Troubetskoy. ^[8] Raytracing est basé sur l’aspect géométrique, dans lequel la lumière est comprise comme un groupe de rayons. Les techniques utilisées dans Raytracing ont été utilisées beaucoup plus tôt, notamment par les fabricants de systèmes optiques. Aujourd’hui, de nombreux rendus (programmes informatiques pour créer des images à partir d’une scène 3D) utilisent Raytracing, peut-être en combinaison avec d’autres procédures.

Les formes simples de raytracage ne calculent que l’éclairage direct, c’est-à-dire la lumière qui provient directement des sources de lumière. Raytracing a été considérablement élargi plusieurs fois depuis sa première utilisation en informatique. Les formulaires développés supplémentaires prennent également en compte la lumière indirecte qui se reflète par d’autres objets; On parle alors d’un processus d’éclairage mondial.

Le terme Rayon de rayon Réfère généralement à une forme simplifiée de traçage des rayons, mais est parfois également utilisée synonyme.

La production d’une image de grille est faite d’une scène 3D Rendre ou Synthèse d’image appelé. L’utilisateur est prêt à créer une telle scène à l’aide d’un outil de modélisation 3D.

Au moins, les données suivantes sont données dans la description de la scène:

• La position de l’élémentaire Primitif , comme des polygones ou des balles à partir desquels les objets de la scène sont composés;
• les modèles d’éclairage locaux et leurs paramètres qui déterminent les couleurs et les matériaux des objets individuels de la scène;
• Les sources lumineuses de la scène.

De plus, la position de Augure ainsi qu’un Jambes d’image indiqué que, ensemble, indique la perspective à partir de laquelle la scène est vue. Le point août est un point de la pièce qui correspond à la position d’une caméra virtuelle ou d’un observateur général. Le niveau d’image est un rectangle virtuel qui est situé à une distance du point août. C’est l’équivalent à trois dimensions de l’image raster à rendre dans la pièce. Les points en forme de raster au niveau de l’image correspondent aux pixels de la grille à générer.

Calcul de la couverture [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Le principe de Raytracing: du point d’août, un faisceau est envoyé à travers un pixel du niveau de l’image et testé pour l’intersection suivante avec la scène. Le pixel est coloré en conséquence.

Une technique similaire à Raytracing est utilisée pour dessiner un fort (gravure sur bois par Albrecht Dürer, 1525)

Raytracing est principalement un processus pour le calcul de la couverture, c’est-à-dire pour déterminer la visibilité des objets du point AUG. Le principe de base est assez simple.

RayTracing fonctionne avec une structure de données, faisceau Nommé, qui indique le point de départ et la direction d’une semi-sort dans la pièce. Pour chaque pixel, la direction du faisceau est calculée, qui pointe du point d’août au pixel correspondant du niveau d’image. Pour chaque primitive de la scène, l’intersection possible est désormais déterminée en utilisant des méthodes géométriques, dans lesquelles le faisceau rencontre la primitive. Si nécessaire, la distance entre le point d’août et l’intersection est calculée. Le “gagnant”, c’est-à-dire le primitif visible du point d’août, est qu’avec la moindre distance.

Le principe de l’envoi du rayonnement à partir du point d’AUG ressemble à la structure d’une caméra de trou dans laquelle un objet est montré sur un film. Dans Raytracing, cependant, “Film” (niveau d’image) et “Loch” (Augpunkt) sont échangés. Semblable à la caméra perforée, la distance entre le niveau de l’image et Augfunkt détermine la “longueur focale” et donc le champ de vision.

Puisque les rayons ne proviennent pas des sources lumineuses comme dans la nature, mais du point d’août, on parle également de Tracé des rayons arrière . Raytracing traite de la question d’où La lumière vient. Cependant, certaines publications appellent la procédure Tracage des rayons avant ou Rayon des yeux tracé.

Tests d’intersection [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Le test mentionné ci-dessus pour une éventuelle intersection du faisceau et de la primitive est le cœur du traçage des rayons. Ces tests peuvent être formulés pour une variété de types primitifs. En plus des triangles et des balles, les cylindres, les quadriken, les nuages ​​ponctuels ou même les fractales sont possibles.

Dans le cas des balles, le test d’intersection est une procédure relativement courte et simple, ce qui explique la popularité de ces objets sur les images de test de rayons de rayon. Cependant, pour la simplicité, de nombreux programmes rendent uniquement les triangles en tant que primitifs, à partir desquels tout objet peut être corrigé.

Récemment, des géométries plus complexes ont également été utilisées pour le test d’intersection telles que NURBS. ^[9] Un maximum de précision est avantageux, car la zone n’est pas divisée en triangles comme d’habitude. L’inconvénient est une augmentation du temps de rendu, car le test d’intersection avec des surfaces complexes en forme libre est beaucoup plus complexe qu’avec des triangles simples. Une approche suffisante de la précision des NURBS est également possible avec les triangles, dans ce cas, un très grand nombre doit être sélectionné.

Ombres [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Lors de la détermination de la primitive suivante, non seulement l’intersection et sa distance au point AUG, mais aussi la normale de la primitive à l’intersection est calculée. Cela signifie que toutes les informations sont disponibles pour déterminer «l’intensité lumineuse» reflétée à l’augfunkt et donc la couleur. Les descriptions des sources lumineuses de la scène sont également utilisées. Les calculs sont basés sur des modèles d’éclairage locaux qui simulent la nature matérielle d’un objet. Cette partie du rendu, qui est responsable de la détermination de la couleur, est appelée Shadmeder .

Exemple de code [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Programmation d’un simple Raies nécessite peu d’effort. En pseudocode, le principe peut être montré comme suit:

Procédure Bild_Renderer Poutre. Unité: = Augpunkt Pour chaque (X, y) pixel du graphique raster
        Direction du faisceau: = [coordonnées 3D du pixel du niveau de l'image] -Agfunkt
        Couleur du (x, y) pixel: = Color_aus_ Direction (Faisceau) 

fonction Color_aus_ Direction (Faisceau)
    Intersection: = Suivant (Faisceau) Si Intersection. alors Color_aus_ Direction: = Couleur d'arrière-plan sinon Color_aus_ Direction: = Color_am_ Incutting Point (Poutre, intersection) 

fonction Suivant (Faisceau)
    Maxdistanz: = ∞
    Intersection. Pour chaque Primitif de la scène
        Intersection. Distance: = Tests_primitiv (Primitif, faisceau) Si Intersection. Distance alors MaxDistance: = intersection. Distance
            Intersection.
    Point suivant / de coupe: = intersection 

Chaque Raytracer, quelle que soit la variante Raytracing utilisée, suit une structure similaire qui a encore un test d’intersection ( Tests_primitiv ) et un shader ( Color_am_ Incutting Point ) contient.

Techniques d’accélération [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Lors de la détermination de la première primitive à laquelle un faisceau se réunit, comme dans l’exemple de code énuméré ci-dessus, chaque primitive de la scène contre le faisceau peut être testée. Cependant, cela n’est pas fondamentalement nécessaire s’il est connu que certains primitifs ne sont pas près du faisceau de toute façon et ne peuvent donc pas être touchés. Étant donné que les tests d’intersection occupent le plus grand terme lors de la trace de rayon, il est important de tester le moins de primitif possible contre le faisceau afin de maintenir le terme global bas.

Exemple d’une technologie d’accélération: Voxelgitter (vue d’en haut). Seules les primitives du voxel à travers lesquelles le faisceau se déplace (gris coloré) doit être testé pour une intersection. Dans l’ensemble, seuls les deux triangles doivent être testés.

Pendant les méthodes d’accélération, la scène est généralement divisée automatiquement sous une certaine forme et la primitive est attribuée à ces subdivisions. Si un faisceau se déplace à travers la scène, il n’est pas testé contre le primitif, mais initialement contre les subdivisions. En conséquence, le faisceau n’a qu’à tester contre la primitive de la subdivision que le faisceau traverse.

Un grand nombre de ces techniques d’accélération pour les rayons de rayon ont été développées. Des exemples de schémas de subdivision sont les écrans de voxel, les arbres BSP et les volumes de délimitation qui enferment le primitif et forment une hiérarchie. Les formes mixtes de ces techniques sont également populaires. Il existe également des techniques d’accélération spéciales pour les animations. La complexité de ces techniques augmente rapidement un Raytracer à un projet plus vaste.

Aucune technologie n’est généralement optimale; L’efficacité dépend de la scène. Néanmoins, chaque procédure d’accélération réduit énormément le terme et ne fait que Raytracing un algorithme pratique. Les subdivisions basées sur les arbres KD sont la technologie la plus efficace ou presque efficace pour la plupart des scènes non animées car elles peuvent être optimisées à l’aide de l’heuristique. ^{[dix] [11]} Il a été déterminé à plusieurs reprises que le terme asymptotique de la trace de rayon dépend du nombre de logarithmiques primitifs.

Il a été démontré que sur les ordinateurs modernes, ce ne sont pas les performances du processeur, mais les accès à la mémoire limitent la vitesse du traçage des rayons. En utilisant soigneusement la mise en cache par l’algorithme, il est possible de réduire considérablement le terme. Il est également possible d’utiliser la capacité SIMD des processeurs modernes qui permet des calculs parallèles, ainsi que des schémas de subdivisage spécialement optimisés. ^{[douzième] [13]} La poursuite simultanée de plusieurs en même temps est possible. La raison en est que le rayonnement dépensé par le point août est généralement très similaire, c’est-à-dire principalement des mêmes objets. Avec l’ensemble de commandes, par exemple, quatre rayons peuvent être testés en même temps pour une intersection avec une primitive, qui accélère ce calcul plusieurs fois. Des packages plus grands avec plus de 1000 rayons peuvent également être suivis sur les stations matérielles correspondantes – par exemple sur les FPGA. Cependant, la mise en cache et les optimisations SIMD dans des formes élargies de Raytracing paient une grande partie de leur avantage de vitesse.

Il est également possible de parallèle à l’ensemble du processus de traçage des rayons. Cela peut être fait, par exemple, par le fait que différents processeurs ou machines rendent différents extraits de l’image. Seules certaines techniques ou extensions d’accélération doivent être ajustées afin d’être adaptée à la parallélisation.

Mémoire nécessaire [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Le processus de traçage des rayons de base n’a guère besoin de mémoire. Cependant, la scène elle-même, qui est souvent composée de plusieurs millions de scènes primitives dans des scènes complexes, est beaucoup de mémoire et peut inclure plusieurs gigaoctets. De plus, il existe des exigences de stockage supplémentaires plus ou moins élevées pour les techniques d’accélération. Étant donné que de si grandes scènes ne s’intègrent pas complètement dans la RAM de l’ordinateur, l’échange est souvent nécessaire.

Dans le cas d’objets plus grands qui sont disponibles plusieurs fois dans la scène et ne diffèrent que par leur position et leur taille (par exemple, avec une forêt pleine d’arbres), toute la géométrie n’a pas à être sauvée à nouveau. À travers cela Instance La technologie mentionnée peut être considérablement enregistrée dans certaines scènes.

L’une des raisons du succès du processus de tracé des rayons réside dans son extensibilité naturelle. Le processus primitif décrit ci-dessus est insuffisant pour les exigences d’aujourd’hui de synthèse d’image. Avec l’augmentation de la puissance de calcul et l’inspiration croissante de la physique – en particulier l’optique et la radiométrie – il y avait plusieurs extensions et variantes, dont certaines doivent être brièvement présentées ici.

Fondamentalement, à chaque expansion, la qualité réalisable des images rendues et le temps relatif ont augmenté fortement et ont atteint le maximum avec le traçage du chemin. Seuls les développements ultérieurs visaient à réduire le temps du traçage des chemins sans perdre la qualité.

L’ombre [ Modifier | Modifier le texte source ]]

En raison de la flexibilité de l’algorithme Raytracing, il est possible d’envoyer des rayons lumineux non seulement du point août, mais aussi de tout autre point de la pièce. Comme Arthur Appel l’a démontré en 1968, cela peut être utilisé pour simuler des ombres.

Tout point de surface est exactement dans l’ombre lorsqu’il y a un objet entre lui et la source lumineuse. Par un Rayon d’ombre Il est envoyé dans le sens de la source lumineuse si un objet traverse son chemin. Si tel est le cas, l’intersection est à l’ombre et elle est retournée comme la luminosité du faisceau 0. Un ombrage normal a lieu dans l’autre cas.

Rekursives raytracing [ Modifier | Modifier le texte source ]]

L’une des premières images calculées avec des rayons récursifs, de la publication de Turner Whitted 1980

Raytracing peut non seulement être appliqué à une simple lumière imperméable, mais aussi sur des objets transparents et réfléchissants et réfléchissants. D’autres rayons lumineux sont envoyés des intersections. Dans le cas des zones réfléchissantes, par exemple, seule la direction du faisceau de la zone conformément à la loi de réflexion (l’angle incident est également reflété) et un correspondant Faisceau de réflexion être calculé.

Dans le cas d’objets translucides, un faisceau est envoyé conformément à la loi de retour Snellius, cette fois à l’intérieur de l’objet en question. En général, les objets transparents reflètent également une partie de la lumière. Les partages de couleur relative du faisceau réfléchi et cassé peuvent être calculés avec les formules de Fresnel. Ces rayons Rayons secondaires appelé.

Étant donné que les rayons secondaires peuvent tomber sur d’autres objets, l’algorithme est appelé récursivement pour activer plusieurs réflexions et fragments de lumière. L’ensemble hiérarchique des vues est également Rendu appelé.

Rekursives raytracing a été développé par Kay et Whitted vers 1980. ^{[14] [15]}

Dans Pseudocode, le shader ressemble à peu près comme suit dans Raytraçage récursif:

fonction Color_am_ Incutting Point (Poutre, intersection) Si Intersection. ou transparent alors Réfléchi Fresnel (Poutre, intersection)
        Couleur: = Reflective_ Content × Color_aus_ Direction (Poutre de réflexion)
               + Broken_ Content × Color_aus_ Direction (Rayon cassé) sinon Couleur: = 0 Pour chaque Source de lumière
            Poutre d'ombre: = lichtquelle. Position - intersection
            Section de l'ombre: = Suivant (Poutre d'ombre) Si Point de coupe de l'ombre. alors Couleur: = couleur + Éclairage direct_ (Poutre, source lumineuse)
    Color_am_ Point d'inconscription: = Couleur 

Le reste du programme peut rester comme un simple traçage de rayons. La fonction appelée ici Color_aus_ Direction peut à son tour Color_am_ Incutting Point Appelez ce que le caractère récursif de la procédure devient clair.

Diffuse les rayons [ Modifier | Modifier le texte source ]]

En plus de la fraction et de la réflexion lumineuses, le traçage récursif des rayons permet la simulation des ombres dures. En réalité, cependant, les sources de lumière ont une certaine taille, ce qui signifie que les ombres ont un effet doux et flou.

Cet effet, ainsi que anti-aliasing, réflexion brillante et plus, peuvent être diffusem Raytracing (aussi stochastisches raytracing ou Tracage des rayons distribués nommé) a simulé qu’en 1984 par Cook U. a. a été publié. ^[16] L’idée est d’envoyer plusieurs rayons dans différentes situations au lieu d’un faisceau et de former la moyenne des couleurs calculées. Par exemple, des ombres douces peuvent être créées avec une nuance noyau et partielle en balayant aléatoire la surface de la source lumineuse. ^[17] L’inconvénient est qu’il y a un bruit d’image si trop peu de rayons sont utilisés. Cependant, il existe des opportunités telles que l’échantillonnage d’importance qui réduisent le bruit.

Traçage de trajet [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Éclairage global à l’aide du traçage des rayons. Des effets tels que le caustique sous la boule en verre et la “colorée” des murs sur d’autres surfaces peuvent être clairement visibles.

Bien que les rayons diffus permettent de nombreux effets, il n’est toujours pas en mesure de simuler l’éclairage global avec des effets tels que l’interréflexion diffuse et les causes (en regroupant les taches lumineuses). Cela est dû au fait que, dans le cas des réflexions réfléchissantes, les rayons secondaires sont envoyés pour des surfaces diffuses.

Dans sa publication publiée en 1986, James Kajiya a décrit l’équation de rendu, qui constitue la base mathématique de toutes les méthodes d’éclairage mondial. ^[18] La «luminosité» apportée par un jet est interprétée comme radiométriquement correctement comme une densité de faisceau. Kajiya a montré que pour l’éclairage mondial, les rayons secondaires doivent être envoyés de toutes les surfaces. En outre, il a également souligné qu’un arbre de rendu a l’inconvénient que trop de travail est gaspillé pour les calculs dans une grande profondeur de hiérarchie et il est préférable d’envoyer un seul faisceau. Cette méthode est aujourd’hui comme Traçage de chemin Connue parce qu’un faisceau cherche son “chemin” à travers la scène du point août. Le traçage du chemin a une base mathématique et physique rigoureuse.

Si le faisceau secondaire émis par une surface diffuse frappe directement une source de lumière, cette proportion de luminosité est généralement ignorée. Au lieu de cela, la proportion d’éclairage direct continuera d’être calculée à l’aide d’un rayon d’ombre. Alternativement, l’éclairage direct peut être calculé par seulement un faisceau secondaire est envoyé conformément au modèle d’éclairage local et, s’il frappe directement une source lumineuse, dont la densité de jet est retournée. Laquelle de ces deux méthodes est plus efficace dépend du modèle d’éclairage local de la surface et de l’angle d’espace de la source lumineuse considérée par la surface. ^[19] La variante conceptuellement plus simple du traçage de chemin, dans laquelle aucun rayons d’ombre n’est envoyé, est comme Tracé de photons adjoint connu. ^[20]

Bien que le traçage du chemin puisse simuler l’éclairage global, l’efficacité de la procédure diminue dans de petites sources lumineuses. Les caustiques et leurs réflexions en particulier sont très bruyants avec le traçage des chemins, sauf s’il y a beaucoup de rayons. C’est pourquoi d’autres procédures basées sur le traçage des chemins sont généralement utilisées.

Tracé des rayons légers est une variante rare dans laquelle les rayons lumineux ne sont pas envoyés de l’augpunkt, mais par les sources lumineuses. Les pixels frappés par le faisceau au niveau de l’image sont colorés. En conséquence, certains effets tels que les causes peuvent être facilement simulés, mais d’autres effets ne simulent que de manière très inefficace, car de nombreux rayons manquent le niveau d’image.

Développements ultérieurs [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Étant donné que certains effets ne peuvent être facilement simulés qu’à partir du point AUG, d’autres provenant des sources de lumière, des algorithmes ont été développés qui combinent les deux méthodes. L’objectif est de pouvoir rendre efficacement des scènes avec toute distribution et réflexion de lumière complexes.

Budirektionales traçage du chemin ,

Indépendamment les uns des autres en 1993 et ​​1994 par Lafortune / Willems et E. Veach / Leonidas J. Guibas, une expansion directe du traçage du chemin, dans lequel les rayons sont diffusés à la fois à la fois augpunkt et aux sources lumineuses, et les deux chemins sont ensuite combinés. ^{[21] [22]} Les points d’impact du chemin lumineux sont utilisés comme sources de lumière virtuelle en forme de point pour allumer l’augfad. Le traçage de trajet bidirectionnel peut être considéré comme une généralisation du traçage de chemin, du traçage de photons adjoint ou du traçage des rayons lumineux, car il prend en compte l’échange de lumière entre toutes les combinaisons possibles de conséquences des deux chemins. Le processus offre généralement de meilleures performances que le traçage de chemin pur, en particulier lors du calcul des causes, mais ne supprime pas complètement ses problèmes.

Metropolis Light Transport (MLT)

est une expansion du traçage de la voie bidirectionnelle et a été présenté en 1997 par Veach et Guibas. ^[23] À MLT, les rayons lumineux sont émis afin qu’ils s’adaptent à l’éclairage et «explorent» la scène. L’idée de la procédure est de ne pas rejeter de “bonnes” combinaisons de chemin à travers lesquelles beaucoup d’énergie est transportée, mais de continuer à l’utiliser immédiatement. MLT offre souvent des avantages à vitesse claire et des résultats raisonnables dans des scènes difficiles à simuler avec d’autres algorithmes (précédents). Tout comme le traçage des chemins et le traçage de chemin bidirectionnel, MLT fournit des images statistiquement vraies – à l’expectation avec une implémentation appropriée, ce qui signifie que le seul écart par rapport à l’image idéale est dans le bruit de l’image; D’autres erreurs sont exclues.

Une image rendue avec cartographie des photons; Un caustique qui est efficacement simulé avec cet algorithme.

Cartographie des photons

a été publié par Jensen en 1995. ^[24] Le processus consiste à envoyer des particules à partir des sources lumineuses et à leur stockage dans une structure spéciale indépendante de la géométrie. Cet algorithme était une percée en ce qu’il permet à l’éclairage de stocker l’éclairage dans une étape de pré-procédure et de le reconstruire relativement rapidement pendant le processus de rendu.

La cartographie des photons n’est pas un processus de rendu indépendant, mais est utilisée pour compléter d’autres méthodes de tracé de rayons pour étendre le traçage des rayons diffus à l’éclairage global. Cependant, la cartographie des photons n’est pas fidèle aux attentes, difficiles à contrôler et moins robustes en précision que la MLT. Ceci est particulièrement visible dans les scènes avec des conditions d’éclairage difficiles.

Aperçu [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Spécial [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les variantes énumérées du traçage des rayons peuvent être étendues pour permettre des effets supplémentaires. Quelques exemples:

Géométrie solide constructive (CSG)

est un processus de modélisation commun dans lequel les objets d’autres objets sont composés. Raytracing est relativement facile à se développer avec la fonctionnalité CSG. ^[25]

Cartographie de texture

Ainsi que le mappage d’affichage et le mappage de bosse sont également possibles pour Raytracing. Dans cette dernière procédure, cependant, il faut s’assurer que les directions de réflexion générées indiquent toujours l’objet.

Dispersion du volume

Permet la simulation réaliste de partiellement translucide et la lumière des objets de diffusion. Cela comprend, par exemple, du lait ou des feuilles, mais aussi les conditions bleu ciel et atmosphérique.

Spectrales Rendre

Les Raytracers les plus courants utilisent l’espace colorimétrique RVB pour afficher les couleurs, qui n’est qu’une approximation du spectre lumineux continu et n’est pas toujours physiquement plausible. En utilisant une représentation dépendante de la longueur d’onde de la lumière, des effets tels que la métamène et la dispersion peuvent être simulés pour la couleur. La polarisation et la fluorescence sont également possibles. ^[26]

Rendu de gamme dynamique élevée

En calculant les valeurs de couleur pour le traçage des rayons par les nombres de virgules coulissants et stockés dans des images HDR avec une portée de contraste élevé, il est possible de modifier la luminosité et le contraste des images rendues sans aucune perte de qualité. Au Éclairage basé sur l’image La scène à rendre est enfermée par une image HDR, ce qui permet un éclairage réaliste à travers des environnements absorbés.

RELATIVISTISCHES Raytracing

En prenant en compte les formules de la théorie de la relativité spéciale, les effets optiques qui se produisent avec le temps d’espace incurvé peuvent être illustrés. ^[27] Les processus de faisceau sont modifiés en tenant compte des vitesses et des masses élevées; Il y a aussi des changements à la luminosité et à la couleur.

Infographie [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les calculs de tracé de rayons sont considérés comme très longs. Le tracé des rayons est donc principalement utilisé dans la production de représentations, dans lesquelles la qualité est plus au premier plan que le temps de calcul. Le calcul d’une image avec le traçage des rayons peut prendre beaucoup de temps – souvent plusieurs heures, en pratique, et même plusieurs jours, selon la complexité de la scène, le matériel utilisé et la qualité souhaitée. Dans des domaines tels que la réalité virtuelle, dans laquelle les représentations spatiales doivent être calculées en temps réel, Raytracing n’a jusqu’à présent pas pu prévaloir. Les films d’animation par ordinateur sont principalement créés avec le système Reyes, dans lequel les calculs de tracé de rayons sont évités autant que possible. Parfois, Raytracing a été utilisé par la scène des démos.

Par rapport aux voyageurs en temps réel habituels basés sur Z-Buffer, Raytracing présente plusieurs avantages: une implémentation simple avec une complexité gérable, contrairement au pipeline graphique, une flexibilité élevée ainsi que l’interchangeabilité plus facile des shaders et donc une implémentation soulagée de nouveaux shaders. La vitesse de raytracage doit donc être définie par rapport à la qualité d’image obtenue. Pour les exigences de qualité exigeantes de la synthèse d’image réaliste, il n’y a pas d’alternative au traçage des rayons, en particulier pour des scènes compliquées avec des matériaux.

Il existe des efforts pour mettre en œuvre des Raytracers en temps réel pour des scènes complexes, qui ont déjà été réalisées dans certaines conditions avec des solutions logicielles optimisées par le processeur et le stockage. Les implémentations RayTracing optimisées pour le matériel montrent que la future utilisation large du traçage des rayons dans la plage de temps réel est concevable. Ces applications traitent de projets tels que l’interface de programmation OpenRT et diverses implémentations pour les processeurs graphiques programmables (GPGPU). Des architectures spéciales pour le traçage de rayons accélérées en matériel ont également été développées. ^[28]

Autres domaines d’application [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Rayt Traçage des signaux radio à travers l’atmosphère terrestre. Les signaux sont envoyés à deux angles différents à gauche et atteignent le destinataire à droite.

Le principe de Raytracing peut être étendu à n’importe quel domaine d’application dans lequel la propagation des ondes doit être simulée dans une scène. Les rayons représentent toujours les vecteurs normaux en un front d’onde. Dans l’austruction et la technologie à haute fréquence, on essaie de simuler les effets d’une scène sur l’acoustique ou sur un champ électromagnétique. L’objectif est de calculer la part d’énergie pour certaines fréquences, qui est transférée d’un émetteur à un destinataire via les différentes manières possibles à travers la scène.

En acoustique, Raytracing en plus de la méthode de la source sonore du miroir et le calcul sonore diffus est un moyen de résoudre ce problème. Pour simuler, les propriétés des matériaux des différents corps et l’amortissement du son dans l’air doivent être prises en compte.

Une façon de trouver les chemins de transmission est d’envoyer des rayonnements à partir d’une source d’isotrope (dans toutes les directions), de réfléchir aux objets avec une perte d’énergie et de déterminer l’énergie totale des rayons qui apparaissent sur le destinataire. Cette méthode sera Lancement de rayons appelé. Les rayons peuvent également avoir une certaine «forme» – comme celle d’un tube – afin de pouvoir simuler les destinataires punctiformes. L’inconvénient de cette méthode est sa lenteur, car de nombreux faisceaux n’atteignent jamais le destinataire et est un nombre élevé pour des statistiques précises.
Un autre problème découle du fait que la longueur d’onde n’est souvent pas négligeable aux dimensions du corps dans une scène. Si la flexion des rayons n’est pas prise en compte, des erreurs notables peuvent donc se produire dans la simulation.

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