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Ray跟踪,雷铸造和雷查尔斯之间有什么区别?

2016年2月2日
Cubist如何进入计算机图形学?

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和光线投射一样,光线追踪“通过追踪从观众眼睛到场景中的物体的假想光线来决定表面的可见性。”1

射线铸件比雷追踪更快。

光线投射更快,因为它的世界受到一个或多个几何约束(简单的几何形状)的限制;光线追踪的世界几乎可以是任何形状。Ray铸造技术是在20世纪80年代早期开发出来的,John Carmack在他开创性的3D射击游戏《德军总部3D》(iD Software)中成功地利用了它,21992年(图。1)。射线铸件是一种技术,该技术通过从视点划分到观察体积来将有限的数据(非常简化的地图或地板)转换为3D投影。

1.这是现在标志性的《德军总部》3D截图(来自维基百科)

射线投射这个术语最早是在1982年Scott Roth的一篇论文中被用在计算机图形学中,用来描述一种绘制构造的立体几何模型的方法。3.

光线投射被认为是计算机图形绘制算法中最基本的一种,它采用了光线追踪的几何算法。第一个用于渲染的光线投射算法是由Arthur Appel在1968年提出的。

然而,光线投射比光线追踪快得多。光线投射的速度和简单性来自于计算光线的颜色,而不是递归地追踪额外的光线,这些光线对入射光线的亮度取样。这消除了精确渲染的反射、折射或阴影的自然衰减;然而,所有这些元素都可以在一定程度上被伪造,通过使用纹理映射或其他创造性的方法,有时被称为手工烘焙。高速计算使得光线投射成为早期实时3D视频游戏中常用的渲染工具。

基于辐射的渲染算法以图像顺​​序(从屏幕或观看者到光源)操作,以将三维场景渲染到二维图像。几何射线从观察者的眼睛追踪,以将朝向观察者从光线方向上行进的光(光线)追踪(图2)

2.这幅眼镜的光线追踪图像显示了完美的反射和折射,以及阴影。(Gilles Tran提供)

射线跟踪可以产生非常高度的视觉现实主义,高于典型的扫描线渲染方法。但是,它使用了更多的计算周期。因此,Ray跟踪已被降级到应用程序中,其中图像可以在时间上缓慢渲染,并且在需要高度准确的反射和阴影的那些中。

光线追踪可以用于静态图像和电影电视视觉效果,但还不能用于视频游戏等实时应用,因为速度是关键。光线追踪能够模拟各种各样的光学效应,如反射和折射、散射和色散现象(例如,色差)。

3.罗伯·博格茨的《RayCharles1983》。(由维基百科)

这与雷查尔斯有什么关系(图3)还什么都没有。我就像光线的迭代一样,以及他可以“看到”美丽的声音和音乐形象的概念,我们其他人只能想象。

如果射线铸件需要10个周期(以呈现任何给定的图像),则射线跟踪将需要100到1000个周期。并且一个体素渲染(诚实完成)需要10,000或以上。人们已经雇用了各种技巧,使体素渲染看起来好像它更快地渲染。但像光线铸造一样,他们是带来文物和与他们不准确的技巧。他们通常甚至都不漂亮。

4. 2009年,渲染了体素渲染橙子的领域并实时显示(768条线)。(由无限制的细节提供)

最简单的方法是把体素看作一个3D像素——一个立方体(图4)。作为立方体,它有六倍的表面处理而不是简单的像素。现在,确实,所有六个方面都无法看到,但至少有两个,如果不是三个,则是可见的。

体素可用于呈现烟雾,海浪和其他超动态的云,通常是非预测的流动(图5)。它们也用于医学成像。体素用于构建构成断层图像和MRIS(磁共振图像)的数字切片。

5.使用体素创建火焰和烟雾。(由NVIDIA提供)

在现代计算机图形学中,所有三种技术都可以使用,通常在电影中。计算机图形工具箱充满了巧妙和有用的工具。就像任何好机械师或木匠一样,一个人没有尝试使用一个工具来所有问题。因此,光线铸造,射线跟踪和体素之间的差异是速度与精度。就像雷查尔斯就会弄乱他的音乐,如果他试图在错误的节奏中播放它,如果以速度的名称使用错误的工具,计算机图像将被搞定。一个人必须找到给定图像的正确速度。

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