Ray Tracing a renderowanie obiektowe?

Kursy grafiki wstępnej zwykle mają projekt, w którym prosi się o zbudowanie ray tracera do renderowania sceny. Wielu studentów grafiki rozpoczynających naukę w grad grad mówi, że chcą pracować nad ray tracingiem. A jednak wydaje się, że ray tracing jest martwym polem w miejscach takich jak SIGGRAPH itp.

Czy ray tracing jest naprawdę najlepszym sposobem na dokładne odwzorowanie sceny przy dowolnym pożądanym oświetleniu itp. I czy to tylko powolne (odczytanie nieinteraktywne) działanie znaczników promienia sprawia, że ​​są nieciekawe, czy może jest coś jeszcze?

Raytracing jest bardzo ładnym i intuicyjnym algorytmem i jest bardziej fizycznie realistycznym sposobem opisywania oświetlenia sceny niż rasteryzacja, ale:

• Śledzenie promieni jest powolne, szczególnie jeśli chcesz zastosować bardziej realistyczne efekty, które odróżniają go od rasteryzacji (np. Załamanie, odbicie, rozmycie ruchu, miękkie cienie), ponieważ oznacza to wytworzenie o wiele większej liczby promieni na piksel.
• Większość ludzi nie potrafi odróżnić rzeczywistych od fałszywych efektów, co wydaje mi się kluczowe. Celem praktycznego algorytmu renderowania jest stworzenie fotorealistycznej reprezentacji sceny w najbardziej efektywny sposób, a teraz rasteryzacja, chociaż wykorzystuje wiele hacków, osiąga to bardzo dobrze.
• Istnieje wiele innych praktycznych ograniczeń Raytracing w porównaniu do renderera rasteryzacji: słabe wygładzanie krawędzi i mapowanie przemieszczeń, ograniczone wystąpienie itp.

Nawet w nieinteraktywnych aplikacjach, takich jak filmy, Raytracing jest używany bardzo mało ze względu na jego ograniczenia. Pixar zaczął używać Raytracing tylko w samochodach i tylko dla niektórych specyficznych efektów odbicia ( Ray Tracing w filmie „Samochody” ).

Oto doskonały artykuł, który bardziej szczegółowo opisuje aktualny stan Raytracing oraz jego zalety i wady: State of Ray Tracing (w grach) .

Podstawowy ray tracing ma poważny problem związany ze światłem otoczenia. Większość modeli oświetlenia traktuje światło z otoczenia jako stały czynnik przenikający eter. Podczas gdy śledzenie promieni doskonale nadaje się do obliczania odbić, cierpi na niestabilność numeryczną i skomplikowane testy przecięcia powierzchni. Śledzenie promieni może nie działać dobrze z renderowaniem przyspieszanym sprzętowo, ponieważ rekurencja odgrywa ważną rolę w określaniu oświetlenia dla określonego piksela. Podstawowe śledzenie promieni jest bardzo drogie obliczeniowo.

Radiosity lepiej radzi sobie ze światłem otoczenia, ponieważ traktuje wszystkie obiekty w otoczeniu jako źródła światła, tworząc model oświetlenia, który jest w pewien sposób bardziej realistyczny niż śledzenie promieni. Dzięki rozwiązaniu radiosity na scenie jest ustalona liczba wielokątów, a obliczenia podlegają przyspieszeniu sprzętowemu.

Transmitowanie promieniami nie jest najlepszym sposobem renderowania sceny, ale stanowi element dobrej strategii renderowania. Wysokie koszty obliczeniowe i słabe oświetlenie otoczenia stanowią poważne ataki na śledzenie promieni. Ponieważ temat badań jest w toku , prace koncentrują się na akceleracji sprzętowej.

Nie powiedziałbym, że śledzenie promieniami / śledzenie ścieżek jest martwe ... w ogóle nastąpiło odrodzenie zainteresowania w tej dziedzinie ze względu na nieodłączną równoległość wielu powiązanych algorytmów w tym obszarze w połączeniu z prędkością Systemy oparte na GPU, które umożliwiają obliczanie milionów promieni na sekundę. Do tego dochodzi elastyczność w renderowaniu, którą umożliwiają bardziej ogólne języki, takie jak CUDA i OpenCL, które pozwalają programistom na wykorzystanie równoległej funkcjonalności GPU bez konieczności jawnego korzystania z potoku graficznego OpenGL, tak jak w przypadku początkowych technik GPGPU. Niektóre znaczące przykłady ciągłych badań nad śledzeniem ścieżki obejmują:

• Badanie Daniela Pohla i innych w grupie Intel Advanced Render
• Silnik Optix firmy Nvidia
• W ubiegłym roku SIGGRAPH obejmował kilka kursów dotyczących syntezy obrazu Monte Carlo, a także dyskusję na temat najnowszych technik szacowania gęstości fotonów.

Na koniec masz wiele badań dotyczących technik optymalizacji problemu globalnego oświetlenia, w tym globalnego oświetlenia punktowego, mapowania fotonów i powiązanych optymalizacji, zaawansowanego modelowania wyglądu (w tym metod opartych na danych), buforowania natężenia napromienienia itp. Itp.