Úvod do algoritmu Ray Tracing Algorithm
Algoritmus sledovania lúčov je najúspešnejšou technikou syntézy obrazu. Táto technika má veľkú schopnosť produkovať virtualizmus s najväčšou možnou mierou realizmu, čo je viac ako pri iných metódach vykresľovania pomocou lineárnych čiar. Znamená to však väčšie výpočtové náklady. Počítačová grafika sa stala najbežnejšou požiadavkou v súčasnom digitálnom svete. Počítačová grafika sa stáva obrazom, keď musíme vytvoriť obraz, ktorý vyzerá skutočne reálne a v skutočnosti na nerozoznanie od normálnej fotografie. Existuje veľa spôsobov, ako to dosiahnuť. Ray Tracing je jednou z takýchto renderovacích techník. Používa sa na generovanie obrazu sledovaním dráhy svetla ako pixelov v rovine obrazu a simuláciou jeho účinkov pri stretnutí s virtuálnymi objektmi.
Stručná história
Keď bol vynájdený algoritmus Ray Tracing, predpokladalo sa, že je to najlepšia technika na syntézu obrázkov. Keďže však počítače boli v 60. rokoch veľmi pomalé a táto technika sa vynechala, pomalé počítače nedokázali s touto vysoko pokročilou technikou zrýchliť. Ale pretože počítačové rýchlosti od tej doby exponenciálne improvizovali, opäť sa to opäť stalo popularitou a stalo sa jednou z najlepších metód.
Kedy a kde sa používa?
Algoritmus sledovania lúčov sa používa vtedy, keď náklady na implementáciu nie sú problémom a čas na vykreslenie je tolerovaný. Je to tak preto, lebo algoritmus na sledovanie lúčov vyžaduje vysoké náklady a čas na vykreslenie obrázka je relatívne veľmi vysoký.
Tento algoritmus sa preto dá implementovať do vizuálnych efektov filmu / televízie, pretože potrebujú videá vo vysokom rozlíšení a videá najvyššej kvality.
Typy algoritmu na sledovanie lúčov:
Na zefektívnenie sledovania lúčov sú zavedené rôzne metódy. Pozrime sa na tieto algoritmy.
1. Algoritmus dopredného sledovania lúčov
V tejto technike program spúšťa lúče svetla, ktoré vychádzajú zo zdroja k objektu. Sledovanie vpred lúčom je schopné určiť farbu každého objektu, táto technika je však neúčinná. Je to spôsobené skutočnosťou, že veľa lúčov zo zdroja svetla nikdy nepreniklo cez zornú rovinu a do oka.
Sledovanie každého svetelného lúča od zdroja k objektu je tiež zbytočné, pretože nie všetky lúče prispievajú k vizualizácii obrázkov. To je dôvod, prečo sú predné preteky známe aj ako sledovanie svetelných lúčov alebo sledovanie fotónov.
2. Algoritmus spätného sledovania lúčov
Táto metóda sa používa na prekonanie neefektívnosti metódy sledovania lúčov. Pri tejto metóde sa očný lúč vytvára v blízkosti oka, ktoré prechádza cez zornú rovinu a do vesmíru. Prvým objektom, ktorý zasiahne očné lúče, je objekt, ktorý je vidieť z tejto roviny pohľadu. Akonáhle sa svetelný lúč odrazí, lúče lúča lúča presne zafarbia a zatienia tento bod v rovine pohľadu. Toto sa teraz zobrazuje na presnom zodpovedajúcom pixeli na obrazovke počítača. Preto sa spätné sledovanie lúčov nazýva aj sledovanie očí.
Najväčší negatívny jav spätného sledovania zodpovedá skutočnosti, že predpokladá iba svetelné lúče prechádzajúce cez zornú rovinu a do oka, ktoré sa dostanú na konečný obrázok. To nemusí platiť vo všetkých prípadoch. Povedzme napríklad, že predmet je držaný na stole a ak svetlo prichádza priamo zhora a ak predmet, povedzme, šošovka prijíma svetlo v ohnisku, kde by koncentrácia mohla byť vyššia. V tomto prípade by spätné sledovanie zlyhalo, pretože by nemalo predstavu o dopredných lúčoch, ktoré by mohli vzniknúť ohýbaním svetla v ohniskových bodoch. Preto spätné sledovanie sa môže prísne použiť iba vtedy, keď existuje objekt, ktorý prechádza objektom.
3. Algoritmus sledovania hybridných lúčov:
Sledovanie hybridným lúčom je kombináciou oboch vyššie uvedených techník sledovania lúčov a bolo zistené, že kompenzuje nevýhody techník sledovania lúčov vpred a vzad.
Ako to funguje:
Na určitú úroveň sa používa predbežné sledovanie a na zaznamenávanie týchto údajov sa používajú algoritmy a potom sa na tieto údaje uplatňuje spätné sledovanie. Konečné zafarbenie celého obrázka sa vypočíta na základe záznamov sledovania dopredu a dozadu.
Algoritmus sledovania lúčov sa stal veľmi populárnym vďaka svojej funkcii realistickej stimulácie osvetlenia. To je dosť účinné v porovnaní s inými technikami vykresľovania, ako je napríklad snímanie pomocou lúča skenovacej lúče. Odrazové a tieňové efekty sú celkom jednoduché výsledky použitia algoritmu na sledovanie lúčov. Najväčšou nevýhodou je však jeho výkonnosť, ale je stále pomerne výhodná oproti iným metódam vykresľovania, ako je napríklad skenovacia linka.
Odporúčané články
Toto bol sprievodca algoritmom Ray Tracing. Diskutovali sme tu o algoritme koncepcie, histórie, použitia a typov sledovania lúčov. Viac informácií nájdete aj v ďalších navrhovaných článkoch -
- Čo je to algoritmus Prečo je to dôležité?
- Algoritmus v programovaní Definícia Príklady
- Otázky týkajúce sa dátových štruktúr a algoritmov
- Sprievodca Čo je to neurónové siete?