aster rasterization คืออะไรและมีความแตกต่างอะไรกับการติดตามรังสี

หลังจากการเปิดตัวกราฟิกการ์ด Nvidia RTX ใหม่ใกล้เข้ามา เราต้องการเขียนบทความเกี่ยวกับการ แรสเตอร์คือ อะไรและ มีความแตกต่างอะไรกับเรย์ เทรซ พร้อมที่จะรู้ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้หรือไม่? เริ่มกันเลย!

rasterization และ Ray Tracing แตกต่างกันอย่างไร

พีซีกราฟิกแบบเรียลไทม์ใช้เทคนิคที่เรียกว่า "rasterization" มานานเพื่อแสดงวัตถุสามมิติ บนหน้าจอสองมิติ มันเป็นเทคนิคที่รวดเร็วและผลลัพธ์ก็ดีในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาแม้ว่ามันจะไม่ดีเท่าการติดตามรังสีก็ตาม

ด้วยเทคนิคแรสเตอร์วัตถุที่คุณเห็นบนหน้าจอจะถูกสร้างขึ้นจากตาข่ายของรูปสามเหลี่ยมเสมือนจริงหรือรูปหลายเหลี่ยมซึ่งสร้างแบบจำลองวัตถุสามมิติ ในตาข่ายเสมือนนี้มุมของแต่ละสามเหลี่ยมเรียกว่าจุดยอดตัดจุดยอดของสามเหลี่ยมอื่นที่มีขนาดและรูปร่างต่างกัน ด้วยเหตุนี้ข้อมูลจำนวนมากจึงถูกเชื่อมโยงกับจุดสุดยอดแต่ละจุดรวมถึงตำแหน่งในอวกาศรวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับสีพื้นผิวและ "ปกติ" ซึ่งใช้เพื่อกำหนดว่าพื้นผิวของวัตถุนั้นเผชิญกับอะไร.

คอมพิวเตอร์จะแปลงสามเหลี่ยมของโมเดล 3 มิติเป็นพิกเซลหรือจุดบนหน้าจอ 2D แต่ละพิกเซลสามารถกำหนดค่าสีเริ่มต้นจากข้อมูลที่เก็บที่จุดยอดของรูปสามเหลี่ยม การประมวลผลพิกเซลเพิ่มเติมหรือ "การแรเงา" ซึ่งรวมถึงการเปลี่ยนสีของพิกเซลตามวิธีการที่แสงในฉากกระทบกับพิกเซลและการใช้พื้นผิวอย่างน้อยหนึ่งพิกเซลรวมกันเพื่อสร้างสีสุดท้ายที่นำไปใช้กับ หนึ่งพิกเซล

เราสรุปคู่มือฮาร์ดแวร์ที่ดีที่สุดที่คุณสนใจ:

• โปรเซสเซอร์ที่ดีที่สุดในตลาดมา เธอร์บอร์ดที่ดีที่สุดในตลาด หน่วยความจำ RAM ที่ดีที่สุดในตลาด การ์ดกราฟิกที่ดีที่สุดในตลาด SSD ที่ดีที่สุดในตลาด

นี่คือการคำนวณอย่างเข้มข้น เนื่องจากอาจมีรูปหลายเหลี่ยมหลายล้านรูปที่ใช้สำหรับวัตถุทุกรุ่นในที่เกิดเหตุและประมาณ 8 ล้านพิกเซลบนหน้าจอ 4K ทั้งหมดนี้เราต้องเพิ่มภาพแต่ละภาพที่แสดงบนหน้าจอโดยปกติจะอัปเดต 30 ถึง 90 ครั้งต่อวินาที นอกจากนี้บัฟเฟอร์หน่วยความจำซึ่งเป็นพื้นที่ชั่วคราวที่ตั้งค่าไว้เพื่อเร่งความเร็วในการแสดงผลเฟรมล่วงหน้าก่อนที่จะแสดงบนหน้าจอ

ความลึกหรือ“ z-buffer” ใช้เพื่อจัดเก็บข้อมูลความลึกของพิกเซลเพื่อให้แน่ใจว่าวัตถุด้านหน้าที่ตำแหน่ง xy ของหน้าจอพิกเซลปรากฏขึ้นและวัตถุที่อยู่ด้านหลังวัตถุด้านหน้าส่วนใหญ่ยังคงซ่อนอยู่ นี่คือเหตุผลที่เกมคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัยและเต็มไปด้วยกราฟิกอาศัย GPU ที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถคำนวณได้หลายล้านครั้งทุกวินาที

Ray Tracing ทำงาน ในวิธีที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ในโลกแห่งความเป็นจริงวัตถุ 3 มิติที่เราเห็นนั้นสว่างไสวไปด้วยแหล่งกำเนิดแสงและโฟตอนที่ประกอบขึ้นเป็นแสงสามารถสะท้อนจากวัตถุหนึ่งไปอีกวัตถุหนึ่งก่อนที่จะถึงดวงตาของผู้ชม นอกจากนี้แสงบางอย่างอาจถูกบล็อกโดยวัตถุบางอย่างสร้างเงาหรือแสงสามารถสะท้อนจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งเช่นเมื่อเราเห็นภาพของวัตถุหนึ่งที่สะท้อนบนพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่ง นอกจากนี้เรายังมีการหักเหของแสง ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความเร็วและทิศทางของแสงเมื่อผ่านวัตถุโปร่งใสหรือกึ่งโปร่งใสเช่นแก้วหรือน้ำ

Ray Tracing สร้างเอฟเฟกต์เหล่านี้ใหม่อีกครั้งซึ่งเป็นเทคนิคที่อธิบายไว้โดย Arthur Appel ของ IBM ในปี 1969 เทคนิคนี้ติดตามเส้นทางของแสงที่ผ่านแต่ละพิกเซลบนพื้นผิวการรับชม 2D และเปลี่ยนให้เป็นแบบจำลอง 3 มิติของฉาก การค้นพบครั้งสำคัญครั้งต่อไปเกิดขึ้นในทศวรรษต่อมา ในบทความปี 1979 เรื่อง "การปรับปรุงรูปแบบแสงสำหรับหน้าจอที่แรเงา" Turner Whitted ซึ่ง ปัจจุบันเป็นสมาชิกของ Nvidia Research แสดงวิธีจับภาพเงาและการหักเหของแสง เรย์ติดตาม

ด้วยเทคนิค Whitted เมื่อฟ้าผ่ากระทบวัตถุในฉากสีและข้อมูลการส่องสว่าง ณ จุดที่กระทบบนพื้นผิวของวัตถุทำให้เกิดสีพิกเซลและระดับการส่องสว่าง หากลำแสงกระเด้งหรือเคลื่อนที่ไปทั่วพื้นผิวของวัตถุต่าง ๆ ก่อนถึงแหล่งกำเนิดแสงข้อมูลสีและแสงจากวัตถุทั้งหมดเหล่านั้นสามารถนำไปสู่สีสุดท้ายของพิกเซล

เราขอแนะนำให้คุณติดตั้ง Ubuntu Tweak ใน Ubuntu 16.04 ได้อย่างไร

เอกสารอีกคู่หนึ่งในทศวรรษ 1980 ได้วางรากฐานทางปัญญาที่เหลือสำหรับการปฏิวัติคอมพิวเตอร์กราฟิกส์ซึ่งพลิกคว่ำการสร้างภาพยนตร์ ในปี 1984 Robert Cook, Thomas Porter และ Loren Carpenter แห่ง Lucasfilm ให้รายละเอียดว่า Ray Tracing สามารถรวมเทคนิคภาพยนตร์ทั่วไปหลายอย่างเช่นภาพเคลื่อนไหวเบลอ, ความชัดลึก, ฟิลด์ครึ่งแสง, ความโปร่งแสงและการสะท้อนที่เบลอ จนกระทั่งถึงเพียงนั้น พวกเขาสามารถสร้างด้วยกล้อง อีกสองปีต่อมางานของศาสตราจารย์คาลเทค Jim Kajiya, "The Rendering Equation, " เสร็จสิ้นการทำแผนที่วิธีการที่คอมพิวเตอร์กราฟิกถูกสร้างขึ้นเพื่อฟิสิกส์เพื่อเป็นตัวแทนของวิธีกระจัดกระจายแสง ในฉาก

เมื่อรวมการวิจัยทั้งหมดนี้กับ GPU ที่ทันสมัยผลลัพธ์ที่ได้คือภาพที่สร้างจากคอมพิวเตอร์ซึ่งจับภาพเงาสะท้อนและการหักเหของแสงในรูปแบบที่สามารถแยกไม่ออกจากภาพถ่ายหรือวิดีโอในโลกแห่งความจริง ความจริงนั้นคือเหตุผลว่าทำไมการติดตามเรย์ได้มาเพื่อเอาชนะโรงภาพยนตร์ที่ทันสมัย ภาพต่อไปนี้ที่สร้างโดย Enrico Cerica โดยใช้ OctaneRender แสดงการผิดเพี้ยนของจังหวะแก้วในหลอดไฟส่องแสงในหน้าต่างและกระจกฝ้าในตะเกียงบนพื้นที่สะท้อนในภาพเฟรม

เรย์เทรซเป็นเทคนิคที่ต้องการพลังอย่างมากซึ่งเป็นสาเหตุที่ทีมผู้สร้างพึ่งพาเซิร์ฟเวอร์หรือฟาร์มจำนวนมากเพื่อสร้างฉากของพวกเขาในกระบวนการที่ต้องใช้เวลาเป็นวันหรือเป็นสัปดาห์ ในการสร้างเทคนิคพิเศษที่ซับซ้อน ไม่ต้องสงสัยเลยว่ามีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อคุณภาพโดยรวมของกราฟิกและประสิทธิภาพการติดตามแสง ในความเป็นจริงเนื่องจากการติดตามรังสีมีความเข้มในการคำนวณสูงจึงมักใช้เพื่อแสดงพื้นที่หรือวัตถุเหล่านั้นในฉากที่ได้รับประโยชน์มากที่สุดจากคุณภาพภาพและความสมจริงของเทคนิคขณะที่ส่วนที่เหลือของฉาก มันถูกประมวลผลโดยใช้ rasterization

คุณคิดว่าบทความของเราเกี่ยวกับการแรสเตอร์ไรเซชั่นคืออะไร? คุณคิดว่ามันน่าสนใจไหม? เราหวังว่าจะแสดงความคิดเห็นของคุณ!