Úvod do algoritmu Ray Tracing Algorithm
Ray Tracing Algorithm je nejúspěšnější technika syntézy obrazu. Tato technika má skvělou schopnost produkovat prakticky největší míru realismu, což je více než u jiných metod vykreslování řádků. To však zahrnuje vyšší výpočetní náklady. Počítačová grafika se stala nejpředběžnějším požadavkem v současném digitálním světě. Počítačová grafika přichází do obrazu, když potřebujeme vytvořit obrázek, který bude vypadat velmi reálně a ve skutečnosti nerozeznatelný od běžné fotografie. Existuje mnoho způsobů, jak toho dosáhnout. Ray Tracing je jednou z takových technik vykreslování. To se používá pro generování obrazu sledováním dráhy světla jako pixelů v rovině obrazu a simulováním jeho účinků při setkání s virtuálními objekty.
Stručná historie
Když byl vynalezen algoritmus Ray Tracing, mělo se za to, že jde o nejlepší techniku pro syntézu obrázků. Nicméně, protože počítače byly během 60. let velmi pomalé a tato technika byla vynechána, protože pomalé počítače nedokázaly s touto vysoce pokročilou technikou tempo. Ale protože počítačové rychlosti od té doby exponenciálně improvizovaly, pomalu se to opět obnovilo a stala se jednou z nejlepších metod.
Kdy a kde se používá?
Algoritmus trasování paprsku se používá, když náklady na implementaci nejsou problémem a toleruje se čas na vykreslení. Je to proto, že algoritmus pro sledování paprsků vyžaduje vysoké náklady a také čas na vykreslení obrazu je relativně velmi vysoký.
Tento algoritmus lze tedy implementovat do vizuálních efektů filmu / televize, protože vyžadují videa ve vysokém rozlišení a videa nejvyšší kvality.
Typy algoritmu trasování paprsků:
Pro zefektivnění trasování paprsků jsou zavedeny různé metody. Podívejme se na tyto algoritmy.
1. Algoritmus pro sledování paprsku dopředu
V této technice program spouští paprsky světla, které následují od zdroje k objektu. Sledování dopředného paprsku je schopné určit barvu každého objektu, ale tato technika je neúčinná. Důvodem je skutečnost, že mnoho paprsků ze světelného zdroje nikdy neproniklo rovinou pohledu a do očí.
Sledování každého světelného paprsku od zdroje k objektu je také jen plýtvání, protože ne všechny paprsky přispívají k vizualizaci obrázků. To je důvod, proč se dopředné závody nazývají také trasování světelných paprsků nebo trasování fotonů.
2. Algoritmus zpětného sledování paprsku
Tato metoda se používá k překonání neefektivnosti metody sledování paprsků dopředu. Při této metodě se oční paprsek vytváří poblíž oka, které prochází zornou rovinou a do vesmíru. První objekt, který zasáhne oční paprsky, je objekt, který je vidět z této roviny pohledu. Jakmile světelný paprsek poskakuje kolem, paprskový indikátor zjistí přesné zbarvení a stínování tohoto bodu v rovině pohledu. Toto se nyní zobrazí na přesně odpovídajícím pixelu na obrazovce počítače. Proto se zpětné trasování paprsků také nazývá jako sledování očí.
Největší negativ zpětného trasování odpovídá skutečnosti, že předpokládá pouze světelné paprsky procházející zornou rovinou a do oka, které se dostane k výslednému obrazu. To nemusí být ve všech případech pravda. Řekněme například, že je předmět držen na stole a pokud světlo přichází přímo shora, a pokud předmět, řekněme, že čočka přijímá světlo v ohnisku, kde by koncentrace mohla být větší. V tomto případě by zpětné sledování selhalo, protože by nemělo představu o dopředných paprskech, které by mohly vzniknout ohýbáním světla v ohniskových bodech. Trasování zpětně lze tedy přísně použít pouze tehdy, je-li objektem rovnoměrná skvrna světla.
3. Algoritmus sledování hybridního paprsku:
Hybridní trasování paprsků je kombinací obou výše uvedených technik trasování paprsků a toto bylo objeveno, aby kompenzovalo nevýhody technik dopředného a zpětného trasování paprsků.
Jak to funguje:
Do určité úrovně se používá dopředné trasování a pro zaznamenávání těchto dat se používají algoritmy a poté se na tato data aplikuje zpětné trasování. Konečné zbarvení celého obrázku se počítá na základě trasovacích záznamů vpřed i vzad.
Algoritmus trasování paprsků se stal velmi populární díky své vlastnosti realistické stimulace osvětlení. To je docela účinné v porovnání s jinými technikami vykreslování, jako je například skenování paprsků pomocí lineární linky. Reflexe a stínové efekty jsou docela jednoduché výsledky použití algoritmu pro sledování paprsků. Největší nevýhodou je však jeho výkon, ale je stále docela výhodný oproti jiným metodám vykreslování, jako je scanline.
Doporučené články
Toto byl průvodce algoritmem Ray Tracing. Zde jsme diskutovali o konceptu, historii, využití a typech algoritmu trasování paprsků. Další informace naleznete také v dalších navrhovaných článcích -
- Co je to algoritmus | Proč je to důležité?
- Algoritmus v programování Definice Příklady
- Otázky týkající se datových struktur a algoritmů
- Průvodce Co je to neuronové sítě?