Sledování paprsku

Z Multimediaexpo.cz

Nemáte oprávnění „upravit tuto stránku“. Důvod:

Můžete si prohlédnout a zkopírovat zdrojový kód této stránky:

[[Soubor:Glasses 800 edit.png|thumb|240px|Radiozitou v kombinaci s ray tracingem je možno dosáhnout až&nbsp;neuvěřitelného realizmu.]] '''Sledování paprsků''' (z anglického '''ray tracing''') je metoda [[renderování]] (výpočtu a zobrazení) [[počítačová 3D grafika|3D počítačové grafiky]]; přesněji řečeno metoda [[globální osvětlení|globálního osvětlení]]. Na rozdíl od běžného života, kdy se [[paprsek světla|paprsky]] pohybují od&nbsp;zdroje, [[odraz světla|odráží]] se a [[lom světla|lámou]], až se nakonec střetnou s okem pozorovatele, zde paprsky vycházejí z kamery. To protože ze zdrojů světla vychází nekonečné množství paprsků a nedalo by se v rozumném čase spočítat, které dopadnou na [[pixel]]y plátna, přes které se oko dívá. Tuto techniku používají například [[počítačový program|počítačové programy]] [[POV-Ray]], [[Blender]], [[Cinema 4D]], OctaneRender, Corona Renderer nebo Redshift. == Historie == Historie sledování paprsku sahá až do období první poloviny 16. století, kdy umělec Albrecht&nbsp;Dürer využíval lanka pro projekci správné [[Perspektiva|perspektivy]] obrazu. Sledování paprsku popisoval také Isaac&nbsp;Newton v jeho knize Optika.<ref name=":0">{{Citace elektronické monografie | příjmení = Vinkler | jméno = Marek | titul = Raytracing on GPU | url = https://is.muni.cz/th/bhwlw/Thesis.pdf | místo = Brno | datum vydání = 2010 | datum přístupu = 2022-11-06 }}</ref> V roce 2006 společnost NVIDIA přišla s počítačovou architekturou [[CUDA]]. Do roku [[2016]] však bylo sledování paprsku (ray tracing) prakticky nepoužitelné kvůli nedostatečné výkonnosti [[hardware]] a jasně převažovala metoda [[rasterizace]]. Když se v roce [[2017]] začala globálně prosazovat grafická karta <ext>https://www.techpowerup.com/gpu-specs/geforce-gtx-1060-6-gb.c2862 ::GeForce GTX 1060 </ext>, všichni fanoušci ray&nbsp;tracingu měli opět smůlu. Museli čekat do konce roku [[2018]] na grafiku '''GeForce RTX 2080 Ti''',<br />která konečně zlepšila výpočetní výkon v reálném čase a umožnila tak širší využití této [[technologie]]. == Využívané algoritmy == [[Soubor:Gran Turismo 7-4K-Flickr.png|thumb|240px|[[Gran Turismo 7]] s ray&nbsp;tracingem na&nbsp;konzoli [[PlayStation 5]]]] === Ray casting algoritmus === Jedná se o předchůdce klasického rekurzivního ray tracingu. V porovnání s rekurzivním algoritmem je rychlejší, protože využívá čistě jednoduchých [[Geometrický útvar|geometrických]] tvarů. Barva [[Světlo|světla]] je počítačově vypočítána, ale již nebere v potaz [[Odraz světla|odraz paprsku]] na okolní objekty. Tímto je technika velice omezena. Nedovoluje přesné vykreslování [[Odraz světla|odrazů světla]], přirozených [[Stín|stínů]] a [[Lom vlnění|refrakcí]]. Tyto efekty se dříve snažili lidé obejít použitím různých kreativních metod jako jsou vlastní [[Texturování|texturové mapy]].<ref name=":1">{{Citace elektronické monografie | příjmení = Peddie | jméno = Jon | titul = What’s the Difference Between Ray Tracing, Ray Casting, and Ray Charles? | url = www.electronicdesign.com/technologies/displays/article/21801219/whats-the-difference-between-ray-tracing-ray-casting-and-ray-charles | datum vydání = 2016-02-02 | datum přístupu = 2022-11-19 }}</ref> Využití této techniky proslavil [[John Carmack]] v jeho počítačové hře [[Wolfenstein 3D]] (Id Software).<ref name=":1" /> === Rekurzivní algoritmus === Rekurzivní algoritmus sledování paprsku navazuje na Ray casting. Potom, co [[světlo]] dopadne na povrch, tak [[algoritmus]] vypočítá, zda se paprsky nerozdělí na další menší paprsky, které vytvoří [[Oslnění|odlesk]] a přirozené [[Stín|stíny]].<ref>{{Citace elektronické monografie | příjmení = Nikodym | jméno = Tomáš | titul = Ray Tracing Algorithm For Interactive Applications | url = https://dip.felk.cvut.cz/browse/pdfcache/nikodtom_2010bach.pdf | místo = Praha | datum vydání = 2010 | datum přístupu = 2022-11-19 | url archivu = https://web.archive.org/web/20110718171000/https://dip.felk.cvut.cz/browse/pdfcache/nikodtom_2010bach.pdf | datum archivace = 2011-07-18 | nedostupné = ano }}</ref> V dnešní době je nejpoužívanější a pomocí tohoto [[Algoritmus|algoritmu]] jsme schopní vytvořit [[Fotorealismus|fotorealistické]] obrázky, které perfektně simulují dopad [[Světlo|světla]], [[Stín|stíny]], nebo i [[Hloubka ostrosti|hloubku ostrosti]] [[Fotoaparát|fotoaparátu]]. Kvůli náročnosti výpočtů tento proces trvá značně déle. Přiblížení, jak [[algoritmus]] funguje: <pre> Pro každý pixel v obraze { Vytvoř paprsek mířící z oka skrze pixel roviny, kterou renderuješ Inicializuj NejbližšíT na NEKONEČNO a NejbližšíObjekt na ŽÁDNÝ Pro každý objekt ve scéně { Jestliže paprsek protíná tento objekt { Jestliže je vzdálenost protnutí t menší než NejbližšíT { Nastav NejbližšíT na vzdálenost protnutí t Nastav NejbližšíObjekt na tento objekt } } } Jestliže je NejbližšíObjekt roven ŽÁDNÝ { Vyplň tento pixel barvou pozadí } Jinak { Vyšli stínový paprsek ke každému zdroji světla (zjištění zdali je ve stínu pro difuzní a spekulární složku) Jestliže je povrch objektu odrazivý, vytvoř odražený paprsek (rekurze) Jestliže je povrch objektu průhledný, vytvoř refrakční paprsek (lom světla, rekurze) Použij NejbližšíObjekt a NejbližšíT k výpočtu stínovací funkce (barva objektu) Vyplň tento pixel výslednou barvou stínovací funkce } } </pre> == Sledování paprsků v optice == Metoda sledování paprsku (ray tracing) je též využívána k simulaci optických systémů. Výhodou je univerzálnost metody. Metodu je možno použít i k simulaci systémů, jejichž analytický popis je jen přibližný nebo není vůbec možný: nelineární optické prvky, prvky pro rentgenovou optiku, atd. Nevýhodou je vysoká výpočetní náročnost metody. == Limitace Ray tracingu == Přestože technologie sledování paprsku funguje dobře pro vypočítání bodových a směrových [[Světlo|světel]], nefunguje už tak dobře pro plošné světla. Jedná se o [[Světlo|světla]], která vyzařují [[Záření|záři]] po celém svém povrchu. Ray tracing využívá pro zjištění, zda je objekt osvětlený, odrazy stínů. Ty jsou ale pouze jednosměrné. Pro správnou implementaci je nutné využít různé odrazy stínů pro různé body v plošném světle. V praxi se využívá [[aproximace]], která ale nedosahuje tak přesných výsledků.<ref name=":2">{{Citace elektronického periodika | titul = Introduction to Computer Graphics, Section 8.1 -- Ray Tracing | periodikum = math.hws.edu | url = https://math.hws.edu/graphicsbook/c8/s1.html | datum přístupu = 2022-11-23 }}</ref> Dalším problémem je to, že ray tracing nebere v potaz vyzařování světla u objektů, kde se [[Lom světla|světlo odráží]] (například u [[Sklo|skla]]).<ref name=":2" /> == Reference == <references/> == Související články == * [[Radiozita]] * [[Zobrazovací rovnice (rendering)]] == Externí odkazy == * [https://www.techpowerup.com/gpu-specs/geforce-rtx-2080-ti.c3305 První použitelná grafická karta pro Ray tracing – GeForce RTX 2080 Ti (anglicky)] {{Flickr|Ray+tracing}}{{Commonscat|Ray tracing}}{{Článek z Wikipedie}} [[Kategorie:Počítačová grafika]] [[Kategorie:Počítačová 3D grafika]]

Návrat na stránku „Sledování paprsku“.