▷ ما هو التنقيط وما هو اختلافه مع تتبع الأشعة

بعد الإصدار الوشيك لبطاقات الرسوميات Nvidia RTX الجديدة. أردنا كتابة مقال حول ما هو التنقيط وما هو اختلافه مع Ray Tracing. هل أنت مستعد لمعرفة كل ما تحتاج إلى معرفته عن هذه التكنولوجيا؟ لنبدأ!

ما هي الاختلافات النقطية وتتبع راي

لطالما استخدمت رسومات الكمبيوتر في الوقت الفعلي تقنية تسمى "التنقيط" لعرض كائنات ثلاثية الأبعاد على شاشة ثنائية الأبعاد. إنها تقنية سريعة وأصبحت النتائج جيدة جدًا على مدى السنوات القليلة الماضية ، على الرغم من أنها ليست جيدة كما يمكن أن يفعله تتبع الأشعة.

باستخدام تقنية البيانات النقطية ، يتم إنشاء الكائنات التي تراها على الشاشة من شبكة مثلثات افتراضية ، أو مضلعات ، والتي تنشئ نماذج ثلاثية الأبعاد للكائنات. في هذه الشبكة الافتراضية ، تتقاطع زوايا كل مثلث ، المعروف باسم القمم ، مع رؤوس المثلثات الأخرى ذات الأحجام والأشكال المختلفة. وبسبب هذا ، ترتبط الكثير من المعلومات بكل قمة ، بما في ذلك موقعها في الفضاء ، بالإضافة إلى معلومات حول اللون والملمس و "طبيعتها" ، والتي يتم استخدامها لتحديد كيف يواجه سطح الجسم..

ثم تقوم أجهزة الكمبيوتر بتحويل مثلثات النماذج ثلاثية الأبعاد إلى وحدات بكسل ، أو نقاط على شاشة ثنائية الأبعاد. يمكن تعيين قيمة لون مبدئية لكل بكسل من البيانات المخزنة عند رؤوس المثلث. معالجة بكسل إضافية أو "تظليل" ، والتي تتضمن تغيير لون البكسل بناءً على كيفية إصابة الأضواء في المشهد بالبكسل ، وتطبيق مادة أو أكثر على البكسل ، يتم دمجها لإنشاء اللون النهائي المطبق على بكسل واحد.

نلخص أفضل أدلة الأجهزة التي تهمك:

• أفضل المعالجات في السوق أفضل اللوحات الأم في السوق أفضل ذاكرة RAM في السوق أفضل بطاقات الجرافيكس في السوق أفضل SSDs في السوق

هذه مهمة مكثفة حسابياً ، حيث قد يكون هناك الملايين من المضلعات المستخدمة لجميع نماذج الكائنات في المشهد ، وحوالي 8 ملايين بكسل على شاشة 4K. لكل هذا يجب أن نضيف أن كل صورة يتم عرضها على الشاشة يتم تحديثها عادة 30 إلى 90 مرة في الثانية. أيضًا ، يتم استخدام مخازن الذاكرة المؤقتة ، وهي المساحة المؤقتة المخصصة لتسريع الأمور ، لتقديم الإطارات مسبقًا قبل عرضها على الشاشة.

يتم أيضًا استخدام عمق أو "z-buffer" لتخزين معلومات عمق البكسل للتأكد من أن الكائنات الأمامية في الموقع xy لشاشة البكسل يتم عرضها ، وتبقى الكائنات خلف معظم الكائنات الأمامية مخفية. هذا هو السبب في أن ألعاب الكمبيوتر الحديثة والغنية بالرسوم تعتمد على وحدات معالجة الرسومات القوية ، والتي يمكنها إجراء ملايين العمليات الحسابية كل ثانية.

يعمل Ray Tracing بطريقة مختلفة تمامًا. في العالم الحقيقي ، تضيء الكائنات ثلاثية الأبعاد التي نراها بمصادر الضوء ، ويمكن للفوتونات التي تشكل الضوء أن ترتد من كائن إلى آخر قبل الوصول إلى عيون المشاهد. أيضًا ، يمكن حجب الضوء بواسطة بعض الكائنات ، أو إنشاء ظلال ، أو يمكن أن ينعكس الضوء من كائن إلى آخر ، كما هو الحال عندما نرى صور كائن ما تنعكس على سطح كائن آخر. لدينا أيضًا انكسارات ، والتي تسبب تغيرًا في سرعة واتجاه الضوء أثناء مروره عبر أجسام شفافة أو شبه شفافة ، مثل الزجاج أو الماء.

يقوم Ray Tracing بإعادة إنتاج هذه التأثيرات ، وهي تقنية تم وصفها لأول مرة بواسطة Arthur Appel من شركة IBM في عام 1969. تتتبع هذه التقنية مسار الضوء الذي يمر عبر كل بكسل على سطح عرض ثنائي الأبعاد ويحوله إلى نموذج ثلاثي الأبعاد للمشهد. جاء الاختراق الرئيسي التالي بعد عقد من الزمان في ورقة عام 1979 بعنوان "نموذج إضاءة محسّن للشاشات المظللة" ، أظهر تورنر ويتيد ، وهو الآن عضو في Nvidia Research ، كيفية التقاط الانعكاس والظل والانكسار باستخدام تتبع راي.

باستخدام تقنية Whitted ، عندما يضرب البرق كائنًا في المشهد ، تساهم معلومات اللون والإضاءة عند نقطة التأثير على سطح الكائن في لون البكسل ومستوى الإضاءة. إذا ارتدت الحزمة أو انتقلت عبر أسطح كائنات مختلفة قبل الوصول إلى مصدر الضوء ، يمكن أن تساهم معلومات الألوان والإضاءة من كل تلك الكائنات في لون البكسل النهائي.

نوصي باستخدامك لتثبيت Ubuntu Tweak في Ubuntu 16.04

وضع زوج آخر من المستندات في الثمانينيات بقية الأساس الفكري لثورة رسومات الكمبيوتر ، والتي قلبت طريقة صناعة الأفلام. في عام 1984 ، قام روبرت كوك وتوماس بورتر ولورين كاربنتر من شركة Lucasfilm بتفصيل كيف يمكن أن يتضمن Ray Tracing العديد من التقنيات السينمائية الشائعة مثل ضبابية الحركة وعمق المجال ونصف الضوء والشفافية والانعكاسات غير الواضحة التي حتى ذلك الحين فقط يمكن إنشاؤها بالكاميرات. بعد ذلك بعامين ، أكمل عمل أستاذ CalTech Jim Kajiya ، "The Rendering Equation" ، عمل رسم خرائط الطريقة التي تم بها إنشاء رسومات الكمبيوتر للفيزياء لتمثيل طريقة تشتيت الضوء بشكل أفضل. في مشهد.

من خلال الجمع بين كل هذا البحث ووحدات معالجة الرسومات الحديثة ، فإن النتائج هي صور تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر تلتقط الظلال ، والأفكار ، والانكسار بطرق لا يمكن تمييزها عن الصور أو مقاطع الفيديو الواقعية. هذه الواقعية هي السبب في أن Ray Tracing قد حان لغزو السينما الحديثة. تظهر الصورة التالية التي تم إنشاؤها بواسطة Enrico Cerica باستخدام OctaneRender ، تشوهًا من ضربات الزجاج في المصباح ، والإضاءة المنتشرة في النافذة والزجاج المتجمد في الفانوس على الأرضية المنعكسة في صورة الإطار.

تعد Ray Tracing تقنية تتطلب الكثير من الطاقة ، ولهذا السبب يعتمد صناع الأفلام على عدد كبير من الخوادم أو المزارع لإنشاء مشاهدهم في عملية قد تستغرق أيامًا ، بل وحتى أسابيع ، لتوليد تأثيرات خاصة معقدة. مما لا شك فيه ، العديد من العوامل تساهم في الجودة الشاملة لأداء تتبع الرسومات والأشعة. في الواقع ، نظرًا لأن تتبع الأشعة شديد الحوسبة ، غالبًا ما يتم استخدامه لتمثيل تلك المناطق أو الأشياء في المشهد التي تستفيد أكثر من الجودة البصرية وواقعية التقنية ، في حين أن بقية المشهد تتم معالجتها باستخدام التنقيط.

ما رأيك في مقالتنا حول ما هي التنقيط؟ هل وجدتها مثيرة للاهتمام؟ نحن نتطلع لتعليقاتك!