▷ O que é rasterização e qual a diferença com o traçado de raios

Após o lançamento iminente das novas placas gráficas Nvidia RTX. Queríamos escrever um artigo sobre o que é rasterização e qual a diferença com o Ray Tracing. Pronto para saber tudo o que você precisa saber sobre esta tecnologia? Vamos começar!

O que são as diferenças de rasterização e rastreamento de raio

Os gráficos de PC em tempo real há muito tempo usam uma técnica chamada "rasterização" para exibir objetos tridimensionais em uma tela bidimensional. É uma técnica rápida e os resultados se tornaram muito bons nos últimos anos, embora não seja tão bom quanto o traçado de raios pode fazer.

Com a técnica raster, os objetos que você vê na tela são criados a partir de uma malha de triângulos virtuais, ou polígonos, que criam modelos tridimensionais de objetos. Nesta malha virtual, os cantos de cada triângulo, conhecidos como vértices, cruzam os vértices de outros triângulos de diferentes tamanhos e formas. Por esse motivo, muitas informações são associadas a cada vértice, incluindo sua posição no espaço, além de informações sobre cor, textura e seu "normal", que é usado para determinar como a superfície de um objeto está voltada..

Os computadores convertem os triângulos dos modelos 3D em pixels ou pontos em uma tela 2D. Cada pixel pode receber um valor de cor inicial a partir dos dados armazenados nos vértices do triângulo. O processamento ou "sombreamento" de pixel adicional, que inclui alterar a cor do pixel com base em como as luzes na cena atingem o pixel e aplicar uma ou mais texturas ao pixel, combinam-se para gerar a cor final aplicada ao um pixel.

Resumimos os melhores guias de hardware que lhe interessam:

• Melhores processadores no mercado Melhores placas-mãe no mercado Melhor memória RAM no mercado Melhores placas gráficas no mercado Melhores SSDs no mercado

Isso é intensivo em termos computacionais, pois pode haver milhões de polígonos usados ​​para todos os modelos de objetos em uma cena e aproximadamente 8 milhões de pixels em uma tela 4K. Para tudo isso, devemos acrescentar que cada imagem exibida na tela geralmente atualiza 30 a 90 vezes por segundo. Além disso, os buffers de memória, o espaço temporário reservado para acelerar as coisas, são usados ​​para renderizar quadros antecipadamente antes de serem exibidos na tela.

Uma profundidade ou "z-buffer" também é usada para armazenar informações de profundidade de pixel para garantir que os objetos da frente no local xy da tela de um pixel sejam exibidos e os objetos atrás do objeto mais frontal permaneçam ocultos. Esta é a razão pela qual os jogos de computador modernos e ricos em gráficos contam com GPUs poderosas, capazes de muitos milhões de cálculos a cada segundo.

O Ray Tracing funciona de uma maneira totalmente diferente. No mundo real, os objetos 3D que vemos são iluminados por fontes de luz, e os fótons que compõem a luz podem saltar de um objeto para outro antes de alcançar os olhos do espectador. Além disso, a luz pode ser bloqueada por alguns objetos, criando sombras ou a luz pode ser refletida de um objeto para outro, como quando vemos as imagens de um objeto refletidas na superfície de outro. Também temos refrações, que causam uma mudança na velocidade e na direção da luz, que passa por objetos transparentes ou semitransparentes, como vidro ou água.

Ray Tracing reproduz esses efeitos, é uma técnica que foi descrita pela primeira vez por Arthur Appel, da IBM, em 1969. Essa técnica rastreia o caminho da luz que passa por cada pixel em uma superfície de visualização 2D e a transforma em um modelo 3D da cena. A próxima grande inovação ocorreu uma década depois, em um artigo de 1979 intitulado "Um modelo de iluminação aprimorado para telas sombreadas", Turner Whitted, agora membro da Nvidia Research, mostrou como capturar reflexão, sombra e refração com o Traçado de raios.

Com a técnica Whitted, quando um raio atinge um objeto na cena, as informações de cor e iluminação no ponto de impacto na superfície do objeto contribuem para a cor do pixel e o nível de iluminação. Se o raio saltar ou percorrer as superfícies de diferentes objetos antes de chegar à fonte de luz, as informações de cor e iluminação de todos esses objetos podem contribuir para a cor final do pixel.

Como instalar o Ubuntu Tweak no Ubuntu 16.04

Outro par de documentos na década de 1980 lançou o restante da base intelectual da revolução da computação gráfica, que derrubou a maneira como os filmes são feitos. Em 1984, Robert Cook, Thomas Porter e Loren Carpenter, da Lucasfilm, detalharam como o Ray Tracing poderia incorporar várias técnicas cinematográficas comuns, como desfoque de movimento, profundidade de campo, meia-luz, translucidez e reflexões desfocadas que, até então, apenas eles poderiam ser criados com câmeras. Dois anos depois, o trabalho do professor de CalTech Jim Kajiya, "The Rendering Equation", concluiu o trabalho de mapear a maneira como os gráficos de computador foram gerados na física para melhor representar a maneira como a luz se espalha. em uma cena.

Combinando toda essa pesquisa com GPUs modernas, os resultados são imagens geradas por computador que capturam sombras, reflexos e refrações de maneiras que podem ser indistinguíveis de fotos ou vídeos do mundo real. É com esse realismo que Ray Tracing conquistou o cinema moderno. A imagem a seguir gerada por Enrico Cerica usando o OctaneRender, mostra uma distorção dos traços de vidro na lâmpada, iluminação difusa na janela e vidro fosco na lanterna no chão refletida na imagem do quadro.

O Ray Tracing é uma técnica extremamente exigente em termos de energia, e é por isso que os cineastas dependem de um grande número de servidores ou farms para criar suas cenas em um processo que pode levar dias, até semanas, para gerar efeitos especiais complexos. Sem dúvida, muitos fatores contribuem para a qualidade geral do desempenho dos gráficos e do traçado de raios. De fato, como o traçado de raios é muito intenso em termos computacionais, é frequentemente usado para representar as áreas ou objetos em uma cena que se beneficiam mais da qualidade visual e realismo da técnica, enquanto o resto da cena é processado usando rasterização.

O que você achou do nosso artigo sobre o que é rasterização? Você achou interessante? Aguardamos seus comentários!