▷ Vad är rasterisering och vad är dess skillnad med strålspårning

Efter den överhängande utgåvan av de nya Nvidia RTX- grafikkorten. Vi ville skriva en artikel om vad rasterisering är och vad som är skillnaden med Ray Tracing. Är du redo att veta allt du behöver veta om den här tekniken? Låt oss börja!

Vad är rasterisering och Ray Tracing skillnader

PC-grafik i realtid har länge använt en teknik som kallas "rasterisering" för att visa tredimensionella objekt på en tvådimensionell skärm. Det är en snabb teknik och resultaten har blivit mycket bra under de senaste åren, även om det inte är så bra som strålspårning kan göra.

Med rastertekniken skapas de objekt du ser på skärmen från ett nät av virtuella trianglar eller polygoner, som skapar tredimensionella modeller av objekt. I detta virtuella nätverk korsar hörnen på varje triangel, känd som vertikaler, korsningar i andra trianglar i olika storlekar och former. På grund av detta är mycket information kopplad till varje toppunkt, inklusive dess position i rymden, liksom information om färg, textur och dess "normala", som används för att bestämma hur ett objekts yta vetter mot..

Datorer konverterar sedan trianglarna i 3D-modellerna till pixlar eller punkter på en 2D-skärm. Varje pixel kan tilldelas ett initialt färgvärde från de data som är lagrade vid triangelns hörn. Ytterligare pixelbearbetning eller "skuggning", som inkluderar att ändra pixelfärgen baserat på hur ljus i scenen träffar pixeln och applicera en eller flera texturer på pixeln, kombineras för att generera den slutliga färgen som appliceras på en pixel.

Vi sammanfattar de bästa maskinvaruhandböckerna som borde intressera dig:

• Bästa processorer på marknaden Bästa moderkort på marknaden Bästa RAM-minne på marknaden Bästa grafikkort på marknaden Bästa SSD på marknaden

Detta är beräkningsintensivt, eftersom det kan finnas miljoner polygoner som används för alla objektmodeller i en scen, och cirka 8 miljoner pixlar på en 4K-skärm. Till allt detta måste vi lägga till att varje bild som visas på en skärm vanligtvis uppdaterar 30 till 90 gånger per sekund. Dessutom används minnesbuffertar, det tillfälliga utrymmet avsatt för att påskynda saker, för att återge ramar i förväg innan de visas på skärmen.

Ett djup eller "z-buffert" används också för att lagra pixeldjupinformation för att säkerställa att främre objekt på xy-platsen för en pixels skärm visas och objekten bakom det främre objektet förblir dolda. Detta är anledningen till att moderna och grafiskt rika datorspel litar på kraftfulla GPU: er som kan många miljoner beräkningar varje sekund.

Ray Tracing fungerar på ett helt annat sätt. I den verkliga världen är de 3D-objekten vi ser belysta av ljuskällor, och de fotoner som utgör ljuset kan studsa från ett objekt till ett annat innan de når tittarens ögon. Dessutom kan ljus blockeras av vissa objekt, skapa skuggor, eller ljus kan reflekteras från ett objekt till ett annat, som när vi ser bilderna på ett objekt reflekteras på ytan av ett annat. Vi har också brytningar, som orsakar en förändring i ljusets hastighet och riktning när det passerar genom transparenta eller halvgenomskinliga föremål, till exempel glas eller vatten.

Ray Tracing återger dessa effekter, det är en teknik som först beskrevs av Arthur Appel från IBM 1969. Denna teknik spårar ljusets väg som passerar genom varje pixel på en 2D-utsiktsyta och förvandlar den till en 3D-modell av scenen. Nästa stora genombrott kom ett decennium senare i ett papper 1979 med titeln "En förbättrad belysningsmodell för skuggade skärmar", Turner Whitted, nu medlem av Nvidia Research, visade hur man fångar reflektion, skugga och brytning med Ray Tracing.

Med Whitted-tekniken, när blixt träffar ett objekt i scenen, bidrar färg- och belysningsinformation vid påverkan till objektets yta till pixelfärgen och belysningsnivån. Om strålen studsar eller reser över ytorna på olika objekt innan den når ljuskällan, kan färg- och belysningsinformationen från alla dessa objekt bidra till pixelens slutliga färg.

VI rekommenderar dig hur du installerar Ubuntu Tweak i Ubuntu 16.04

Ytterligare ett par dokument på 1980-talet lade resten av den intellektuella grunden för datorgrafikrevolutionen, som välter hur filmer skapas. I 1984, Robert Cook, Thomas Porter och Loren Carpenter, från Lucasfilm, detaljerade hur Ray Tracing kunde innehålla flera vanliga filmtekniker som rörelsesuddighet, fältdjup, halvljus, genomskinlighet och suddiga reflektioner som fram till dess endast de kan skapas med kameror. Två år senare slutförde arbetet av professor Cal Kaech, Jim Kajiya, "The Rendering Equation", arbetet med att kartlägga hur datorgrafik genererades till fysik för att bättre representera hur ljus sprids. i en scen.

Genom att kombinera all denna forskning med moderna GPU: er är datorgenererade bilder som fångar skuggor, reflektioner och brytningar på sätt som kan skilja sig från foton eller videoklipp från den verkliga världen. Den realismen är därför Ray Tracing har kommit att erövra modern film. Följande bild genererad av Enrico Cerica med hjälp av OctaneRender, visar en snedvridning av glaskragor i lampan, diffus belysning i fönstret och frostat glas i lyktan på golvet återspeglas i rambilden.

Ray Tracing är en extremt kraftkravande teknik, varför filmskapare litar på ett stort antal servrar eller gårdar för att skapa sina scener i en process som kan ta dagar, till och med veckor, för att generera komplexa specialeffekter. Utan tvekan bidrar många faktorer till den totala kvaliteten på grafik- och strålspårningsprestanda. Eftersom strålspårning är så beräkningsintensiv används den ofta för att representera de områden eller objekt i en scen som drar mest nytta av teknikens visuella kvalitet och realism, medan resten av scenen det behandlas med hjälp av rasterisering.

Vad tyckte du om vår artikel om vad rasterisering är? Tyckte du att det var intressant? Vi ser fram emot dina kommentarer!