Ray Tracing
07.41
PertamaX Team
,
RAY TRACING
Ray tracing (Physics)
Dalam fisika, ray tracing adalah metode untuk menghitung jalan gelombang atau partikel melalui sistem dengan daerah dari berbagai kecepatan propagasi, karakteristik penyerapan, dan mencerminkan permukaan. Dalam keadaan ini, muka gelombang dapat menekuk, mengubah arah, atau mencerminkan off permukaan, menyulitkan analisis. Ray tracing menyelesaikan masalah ini dengan berulang kali maju ideal sempit balok disebut sinar melalui media dengan jumlah diskrit. masalah sederhana dapat dianalisis dengan menyebarkan sebuah sinar beberapa menggunakan matematika sederhana. Analisis yang lebih rinci dapat dilakukan dengan menggunakan komputer untuk menyebarkan sinar banyak.
Ketika diterapkan untuk masalah radiasi elektromagnetik, ray tracing sering mengandalkan pada solusi perkiraan untuk persamaan Maxwell yang berlaku selama gelombang cahaya merambat melalui dan sekitar benda yang dimensi jauh lebih besar dari panjang gelombang cahaya tersebut. teori Ray tidak menggambarkan fenomena seperti interferensi dan difraksi, yang membutuhkan teori gelombang (melibatkan fase gelombang).
Technique(Teknik)
Ray tracing bekerja dengan asumsi bahwa partikel atau gelombang dapat dimodelkan sebagai sejumlah besar sangat sempit balok (sinar), dan bahwa ada beberapa jarak, mungkin sangat kecil, atas perusahaan tersebut adalah lokal sinar lurus. Para pelacak ray akan memajukan ray atas jarak ini, dan kemudian menggunakan turunan lokal medium untuk menghitung arah baru sinar itu. Dari lokasi ini, sebuah sinar baru dikirim keluar dan proses ini diulang sampai jalur lengkap dihasilkan. Jika simulasi termasuk benda padat, sinar dapat dites untuk persimpangan dengan mereka di setiap langkah, membuat penyesuaian ke arah sinar jika tabrakan ditemukan. sifat lain dari sinar dapat diubah sebagai uang muka simulasi juga, seperti intensitas, panjang gelombang, atau polarisasi. Proses ini diulangi dengan sebagai banyak sinar yang diperlukan untuk memahami perilaku sistem.
Uses
Radio signals (sinyal Radio)
Salah satu bentuk khusus dari ray tracing adalah sinyal radio ray tracing, yang sinyal radio jejak, dimodelkan sebagai sinar, melalui ionosfer di mana mereka dibiaskan dan / atau dipantulkan kembali ke Bumi. Bentuk ray tracing melibatkan integrasi persamaan diferensial yang menggambarkan propagasi dari gelombang elektromagnetik melalui media dispersif dan anisotropi seperti ionosfer. Contoh ray sinyal radio fisika berbasis pelacakan ditampilkan ke kanan. Radio komunikator menggunakan ray tracing untuk membantu menentukan perilaku yang tepat dari sinyal radio ketika mereka menyebarkan melalui ionosfer.
Gambar di sebelah kanan menggambarkan kerumitan situasi. Tidak seperti ray tracing optik dimana media antara obyek biasanya memiliki indeks bias konstan, sinyal ray tracing harus berurusan dengan kompleksitas indeks bias spasial yang bervariasi, di mana perubahan dalam kepadatan elektron ionosfir mempengaruhi indeks bias dan karenanya, lintasan sinar. Dua set sinyal broadcast pada dua sudut elevasi yang berbeda. Ketika sinyal utama masuk ke dalam ionosfer, medan magnet membagi sinyal menjadi dua gelombang komponen yang secara terpisah sinar yang ditelusuri melalui ionosfer. Gelombang biasa (merah) komponen berikut jalur benar-benar independen dari gelombang luar biasa (hijau) komponen.
Ditelusuri dari sinyal radio pemancar di kiri ke penerima di bagian kanan (segitiga pada dasar grid 3D).
Gambar di sebelah kanan menggambarkan kerumitan situasi. Tidak seperti ray tracing optik dimana media antara obyek biasanya memiliki indeks bias konstan, sinyal ray tracing harus berurusan dengan kompleksitas indeks bias spasial yang bervariasi, di mana perubahan dalam kepadatan elektron ionosfir mempengaruhi indeks bias dan karenanya, lintasan sinar. Dua set sinyal broadcast pada dua sudut elevasi yang berbeda. Ketika sinyal utama masuk ke dalam ionosfer, medan magnet membagi sinyal menjadi dua gelombang komponen yang secara terpisah sinar yang ditelusuri melalui ionosfer. Gelombang biasa (merah) komponen berikut jalur benar-benar independen dari gelombang luar biasa (hijau) komponen.
Ocean acoustics (Samudera akustik)
kecepatan suara di laut bervariasi dengan kedalaman akibat perubahan kerapatan dan suhu, mencapai minimum lokal dekat kedalaman 800-1000 meter. Ini minimum lokal, yang disebut saluran SOFAR, bertindak sebagai waveguide, karena suara cenderung untuk membungkuk ke arah itu. Ray tracing dapat digunakan untuk menghitung jalur suara melalui laut sampai dengan jarak yang sangat besar, menggabungkan efek dari saluran SOFAR, serta refleksi dan refractions dari permukaan laut dan bawah. Dari ini, lokasi intensitas sinyal tinggi dan rendah dapat dihitung, yang berguna di bidang akustik laut, komunikasi akustik bawah air, dan thermometry akustik.
Optical design
Ray tracing dapat digunakan dalam desain lensa dan sistem optik, seperti kamera, mikroskop, teleskop, dan teropong, dan penerapannya di bidang ini tanggal kembali ke 1900-an. Geometrik ray tracing digunakan untuk menggambarkan propagasi sinar cahaya melalui sistem lensa atau alat optik, memungkinkan properti foto-pembentukan sistem yang akan dimodelkan. Efek berikut ini dapat diintegrasikan ke dalam pelacak sinar dalam mode sederhana:
* Dispersi menyebabkan chromatic aberration
* Polarisasi
o Crystal optik
o persamaan Fresnel
* Laser efek cahaya
* Interferensi film tipis (pelapisan optik, gelembung sabun) dapat digunakan untuk Menghitung reflektifitas dari permukaan.
Untuk aplikasi desain lensa, dua kasus khusus interferensi gelombang yang penting untuk memperhitungkan. Dalam titik fokus, sinar dari sumber cahaya titik bertemu lagi dan dapat konstruktif atau destruktif saling mengganggu. Dalam kawasan yang sangat kecil di dekat titik ini, cahaya yang masuk dapat didekati dengan gelombang pesawat yang mewarisi arah mereka dari sinar. Panjang jalur optik dari sumber cahaya digunakan untuk menghitung fase. Turunan dari posisi sinar di daerah fokus pada posisi sumber digunakan untuk memperoleh lebar sinar, dan dari bahwa amplitudo dari gelombang pesawat. Hasilnya adalah penyebaran titik fungsi, yang Transformasi Fourier adalah fungsi transfer optik. Dari sini, rasio Strehl juga dapat dihitung.
Kasus khusus lainnya untuk dipertimbangkan adalah bahwa dari gangguan dari muka gelombang, yang, seperti yang dinyatakan sebelumnya, yang diperkirakan sebagai pesawat. Ketika sinar datang berdekatan atau bahkan lintas, bagaimanapun, pendekatan wavefront rusak. Interferensi gelombang bola biasanya tidak dikombinasikan dengan ray tracing, sehingga difraksi di lobang tidak dapat dihitung.
Teknik ini digunakan untuk mengoptimalkan desain instrumen dengan meminimalkan penyimpangan, untuk fotografi, dan untuk aplikasi panjang gelombang lebih panjang, seperti merancang microwave atau bahkan sistem radio, dan untuk panjang gelombang pendek, seperti ultraviolet dan optik sinar-X.
Sebelum munculnya komputer, ray tracing perhitungan dilakukan oleh tangan menggunakan trigonometri dan tabel logaritma. Rumus optik dari banyak lensa fotografi klasik yang dioptimalkan oleh roomfuls orang, masing-masing ditangani sebagian kecil dari perhitungan besar. Sekarang mereka yang bekerja dalam software desain optik seperti Kode-V, Zemax, OSLO atau TracePro dari Lambda Research. Sebuah versi sederhana dari ray tracing dikenal sebagai analisis sinar matriks transfer sering digunakan dalam desain resonator optik digunakan dalam laser. Prinsip-prinsip dasar dari algoritma yang paling banyak digunakan dapat ditemukan di kertas fundamental Spencer dan Murty's:. "Ray tracing Umum Prosedur"
Seismology (Ilmu gempa bumi)
Dalam seismologi, geofisika menggunakan ray tracing untuk membantu di lokasi gempa dan rekonstruksi tomografi interior bumi kecepatan gelombang seismik bervariasi. Di dalam dan di bawah kerak bumi, menyebabkan gelombang ini untuk membungkuk dan mencerminkan. Ray tracing dapat digunakan untuk menghitung jalur melalui model geofisika, mengikuti mereka kembali ke sumber mereka, seperti gempa bumi, atau menyusun kesimpulan sifat-sifat bahan intervensi . Secara khusus, penemuan zona bayangan seismik (digambarkan di kanan) memungkinkan para ilmuwan untuk menyimpulkan keberadaan inti cair bumi.
Plasma Physics (fisika plasma)
transportasi Energi dan propagasi gelombang memainkan peranan penting dalam pemanasan gelombang plasma. Power-aliran lintasan gelombang elektromagnetik melalui plasma spasial nonuniform dapat dihitung menggunakan solusi langsung persamaan Maxwell. Cara lain perhitungan propagasi gelombang dalam medium plasma adalah dengan menggunakan metode Ray tracing.
Ray tracing (graphics)
Dalam grafis komputer, ray tracing adalah teknik untuk menghasilkan gambar dengan menelusuri jalan cahaya melalui piksel dalam pesawat gambar dan simulasi efek dari pertemuan dengan benda-benda virtual. Teknik ini mampu menghasilkan tingkat yang sangat tinggi realisme visual, biasanya lebih tinggi daripada yang khas metode render scanline, tetapi dengan biaya komputasi yang lebih besar. Hal ini membuat ray tracing paling cocok untuk aplikasi di mana gambar dapat diberikan perlahan-lahan terlebih dahulu, seperti di foto dan efek film dan televisi khusus, dan lebih buruk cocok untuk real-time aplikasi seperti permainan komputer di mana kecepatan sangat penting. Ray tracing mampu mensimulasikan berbagai efek optik, seperti refleksi dan refraksi, hamburan, dan kelainan berwarna.
Algorithm overview (sekilas algoritma)
Optical ray tracing menjelaskan metode untuk menghasilkan gambar visual yang dibangun dalam lingkungan komputer grafis 3D, dengan photorealism lebih dari baik casting ray atau teknik scanline rendering. Ia bekerja dengan menelusuri jalan dari mata imajiner melalui setiap pixel di layar virtual, dan menghitung warna objek yang terlihat melalui itu.
Adegan dalam raytracing dijelaskan secara matematis oleh programmer atau oleh seorang seniman visual (biasanya menggunakan alat perantara). Adegan juga dapat menggabungkan data dari gambar dan model yang diambil dengan cara seperti fotografi digital.
Biasanya, setiap sinar harus diuji untuk simpang dengan beberapa subset dari semua benda dalam adegan. Setelah objek terdekat telah diidentifikasi, algoritma akan memperkirakan cahaya yang masuk pada titik persimpangan, memeriksa sifat material dari objek, dan menggabungkan informasi ini untuk menghitung warna akhir pixel. algoritma pencahayaan tertentu dan bahan reflektif atau tembus mungkin memerlukan lebih banyak sinar yang akan kembali dilemparkan ke TKP.
Ini mungkin pada awalnya tampak berlawanan atau "mundur" untuk mengirim sinar dari kamera, bukan ke dalamnya (seperti terang sebenarnya tidak dalam kenyataan), namun hal ini adalah banyak pesanan besarnya lebih efisien. Karena mayoritas sinar cahaya dari sumber cahaya yang diberikan tidak membuat langsung ke mata pemirsa, sebuah "maju" simulasi berpotensi limbah sejumlah besar dari perhitungan di jalan cahaya yang tidak pernah tercatat. Sebuah simulasi komputer yang dimulai dengan casting sinar dari sumber cahaya disebut pemetaan Foton, dan itu memakan waktu lebih lama daripada sinar sebanding jejak.
Oleh karena itu, jalan pintas diambil dalam raytracing adalah dengan mengandaikan bahwa sinar diberikan memotong tampilan bingkai. Setelah baik jumlah maksimum refleksi atau sinar yang menempuh jarak tertentu tanpa persimpangan, sinar lagi perjalanan dan nilai pixel adalah diperbarui. Intensitas cahaya pixel ini dihitung dengan menggunakan sejumlah algoritma, yang dapat mencakup algoritma rendering klasik dan juga dapat menggabungkan teknik seperti radiositas.
Deskripsi rinci algoritma ray tracing komputer dan asal usulnya
Di alam, Sumber cahaya memancarkan sinar cahaya yang bergerak, akhirnya untuk permukaan yang menggangu perkembangannya. Salah satu bisa memikirkan ini "ray" sebagai aliran foton perjalanan sepanjang jalan yang sama. Dalam kekosongan yang sempurna sinar ini akan menjadi garis lurus (mengabaikan efek relativistik). Pada kenyataannya, kombinasi dari empat hal yang mungkin terjadi dengan sinar cahaya ini: absorpsi, refleksi, refraksi dan fluoresensi. permukaan mungkin mencerminkan semua atau sebagian dari sinar cahaya, dalam satu atau lebih arah. Ini mungkin juga menyerap bagian dari sinar cahaya, yang mengakibatkan hilangnya intensitas yang tercermin dan / atau cahaya dibiaskan. Jika permukaan mempunyai sifat transparan atau tembus, itu dibiaskan sebagian dari berkas cahaya ke dalam dirinya dalam arah yang berbeda sementara menyerap sebagian (atau semua) dari spektrum (dan mungkin mengubah warna). Kurang umumnya, permukaan mungkin menyerap sebagian dari cahaya dan fluorescently kembali memancarkan cahaya di warna panjang gelombang yang lebih ke arah acak, meskipun hal ini jarang cukup bahwa hal itu dapat diabaikan dari aplikasi rendering kebanyakan. Antara penyerapan, refraksi refleksi, dan fluoresensi, semua cahaya yang masuk harus dipertanggungjawabkan, dan tidak lebih. permukaan tidak bisa, misalnya, mencerminkan 66% dari sebuah sinar cahaya yang masuk, dan membiaskan 50%, karena dua akan menambah hingga menjadi 116%. Dari sini, tercermin dan / atau sinar dibiaskan bisa menyerang permukaan lainnya, dimana sifat mereka serap, bias, reflektif dan neon lagi mempengaruhi kemajuan sinar yang masuk. Beberapa sinar perjalanan sedemikian rupa sehingga mereka memukul mata kita, menyebabkan kita melihat tempat kejadian sehingga memberikan kontribusi pada gambar diberikan akhir.
Di alam, Sumber cahaya memancarkan sinar cahaya yang bergerak, akhirnya untuk permukaan yang menggangu perkembangannya. Salah satu bisa memikirkan ini "ray" sebagai aliran foton perjalanan sepanjang jalan yang sama. Dalam kekosongan yang sempurna sinar ini akan menjadi garis lurus (mengabaikan efek relativistik). Pada kenyataannya, kombinasi dari empat hal yang mungkin terjadi dengan sinar cahaya ini: absorpsi, refleksi, refraksi dan fluoresensi. permukaan mungkin mencerminkan semua atau sebagian dari sinar cahaya, dalam satu atau lebih arah. Ini mungkin juga menyerap bagian dari sinar cahaya, yang mengakibatkan hilangnya intensitas yang tercermin dan / atau cahaya dibiaskan. Jika permukaan mempunyai sifat transparan atau tembus, itu dibiaskan sebagian dari berkas cahaya ke dalam dirinya dalam arah yang berbeda sementara menyerap sebagian (atau semua) dari spektrum (dan mungkin mengubah warna). Kurang umumnya, permukaan mungkin menyerap sebagian dari cahaya dan fluorescently kembali memancarkan cahaya di warna panjang gelombang yang lebih ke arah acak, meskipun hal ini jarang cukup bahwa hal itu dapat diabaikan dari aplikasi rendering kebanyakan. Antara penyerapan, refraksi refleksi, dan fluoresensi, semua cahaya yang masuk harus dipertanggungjawabkan, dan tidak lebih. permukaan tidak bisa, misalnya, mencerminkan 66% dari sebuah sinar cahaya yang masuk, dan membiaskan 50%, karena dua akan menambah hingga menjadi 116%. Dari sini, tercermin dan / atau sinar dibiaskan bisa menyerang permukaan lainnya, dimana sifat mereka serap, bias, reflektif dan neon lagi mempengaruhi kemajuan sinar yang masuk. Beberapa sinar perjalanan sedemikian rupa sehingga mereka memukul mata kita, menyebabkan kita melihat tempat kejadian sehingga memberikan kontribusi pada gambar diberikan akhir.
Ray casting algorithm
Terobosan penelitian selanjutnya penting datang dari Turner Whitted pada tahun 1980. algoritma Sebelumnya cor sinar dari mata ke tempat kejadian, tetapi sinar dijiplak tidak lebih. Whitted melanjutkan proses. Ketika sinar hits permukaan, bisa menghasilkan sampai tiga tipe baru sinar: refleksi, refraksi, dan bayangan . Sebuah sinar terus tercermin di dalam arah cermin-cerminan dari permukaan mengkilat.. Hal ini kemudian dipotong dengan benda-benda di tempat; objek terdekat itu memotong adalah apa yang akan terlihat dalam refleksi. sinar refraksi bepergian melalui kerja sama bahan transparan, dengan tambahan bahwa sinar bias dapat memasuki atau meninggalkan suatu material. Untuk lebih menghindari melacak semua sinar dalam adegan, sebuah sinar bayangan digunakan untuk menguji apakah permukaan terlihat untuk cahaya. ray Sebuah hits permukaan di beberapa titik. Jika permukaan pada saat ini menghadapi cahaya, sinar (ke komputer, segmen garis) adalah ditelusuri antara titik persimpangan dan cahaya. Jika ada objek buram ditemukan di antara permukaan dan cahaya, permukaan dalam bayangan dan begitu ringan tidak berkontribusi terhadap naungan. Ini layer baru perhitungan sinar ditambahkan realisme lebih ray ditelusuri gambar.
Ray Tracing Algorithm
Terobosan penelitian selanjutnya penting datang dari Turner Whitted pada tahun 1980. algoritma Sebelumnya cor sinar dari mata ke tempat kejadian, tetapi sinar dijiplak tidak lebih. Whitted melanjutkan proses. Ketika sinar hits permukaan, bisa menghasilkan sampai tiga tipe baru sinar: refleksi, refraksi, dan bayangan. Sebuah sinar terus tercermin di dalam arah cermin-cerminan dari permukaan mengkilat. Hal ini kemudian dipotong dengan benda-benda di tempat; objek terdekat itu memotong adalah apa yang akan terlihat dalam refleksi. sinar refraksi bepergian melalui kerja sama bahan transparan, dengan tambahan bahwa sinar bias dapat memasuki atau meninggalkan suatu material. Untuk lebih menghindari melacak semua sinar dalam adegan, sebuah sinar bayangan digunakan untuk menguji apakah permukaan terlihat untuk cahaya. ray Sebuah hits permukaan di beberapa titik. Jika permukaan pada saat ini menghadapi cahaya, sinar (ke komputer, segmen garis) adalah ditelusuri antara titik persimpangan dan cahaya. Jika ada objek buram ditemukan di antara permukaan dan cahaya, permukaan dalam bayangan dan begitu ringan tidak berkontribusi terhadap naungan. Ini layer baru perhitungan sinar ditambahkan realisme lebih ray ditelusuri gambar.
Jumlah refleksi sebuah "sinar" dapat mengambil dan bagaimana hal itu mempengaruhi setiap kali bertemu dengan permukaan adalah semua dikendalikan melalui pengaturan perangkat lunak selama ray tracing. Di sini, masing-masing ray diizinkan untuk mencerminkan sampai 16 kali. Beberapa "refleksi dari refleksi" sehingga dapat dilihat. Dibuat dengan Cobalt.
Keuntungan dari metode rendering lainnya
popularitas Ray Tracing's berasal dari dasar yang dalam simulasi realistis dari pencahayaan lebih dari metode rendering lainnya (seperti render scanline atau casting sinar). Efek seperti refleksi dan bayangan, yang sulit untuk mensimulasikan menggunakan algoritma lain, adalah hasil alami dari algoritma ray tracing. Relatif sederhana untuk mengimplementasikan namun menghasilkan hasil visual yang mengesankan, ray tracing sering merupakan perampokan pertama ke dalam program grafis. Kemerdekaan komputasi sinar masing-masing membuat ray tracing setuju untuk paralelisasi.
popularitas Ray Tracing's berasal dari dasar yang dalam simulasi realistis dari pencahayaan lebih dari metode rendering lainnya (seperti render scanline atau casting sinar). Efek seperti refleksi dan bayangan, yang sulit untuk mensimulasikan menggunakan algoritma lain, adalah hasil alami dari algoritma ray tracing. Relatif sederhana untuk mengimplementasikan namun menghasilkan hasil visual yang mengesankan, ray tracing sering merupakan perampokan pertama ke dalam program grafis. Kemerdekaan komputasi sinar masing-masing membuat ray tracing setuju untuk paralelisasi.
Disadvantages (Kekurangan)
Kelemahan serius ray tracing adalah kinerja. Scanline algoritma dan algoritma lainnya menggunakan koherensi data untuk perhitungan saham antara piksel, sedangkan ray tracing biasanya dimulai proses baru, memperlakukan setiap sinar mata secara terpisah. Namun, pemisahan ini menawarkan keuntungan lain, seperti kemampuan untuk menembak lebih banyak sinar yang diperlukan untuk melakukan anti-aliasing dan meningkatkan kualitas gambar jika diperlukan. Meskipun tidak menangani interreflection dan efek optik seperti refraksi akurat, ray tracing tradisional juga belum tentu fotorealistik. Benar photorealism terjadi ketika persamaan rendering erat didekati atau sepenuhnya dilaksanakan. Menerapkan persamaan rendering memberikan photorealism benar, seperti persamaan menggambarkan setiap efek fisik dari aliran cahaya. Namun, hal ini biasanya tidak layak diberikan sumber daya komputasi yang diperlukan. Realisme dari semua metode rendering, maka, harus dievaluasi sebagai pendekatan untuk persamaan, dan dalam hal ray tracing, belum tentu yang paling realistis. Metode lain, termasuk pemetaan foton, didasarkan pada ray tracing untuk bagian tertentu dari algoritma, namun memberikan hasil yang jauh lebih baik.
Kelemahan serius ray tracing adalah kinerja. Scanline algoritma dan algoritma lainnya menggunakan koherensi data untuk perhitungan saham antara piksel, sedangkan ray tracing biasanya dimulai proses baru, memperlakukan setiap sinar mata secara terpisah. Namun, pemisahan ini menawarkan keuntungan lain, seperti kemampuan untuk menembak lebih banyak sinar yang diperlukan untuk melakukan anti-aliasing dan meningkatkan kualitas gambar jika diperlukan. Meskipun tidak menangani interreflection dan efek optik seperti refraksi akurat, ray tracing tradisional juga belum tentu fotorealistik. Benar photorealism terjadi ketika persamaan rendering erat didekati atau sepenuhnya dilaksanakan. Menerapkan persamaan rendering memberikan photorealism benar, seperti persamaan menggambarkan setiap efek fisik dari aliran cahaya. Namun, hal ini biasanya tidak layak diberikan sumber daya komputasi yang diperlukan. Realisme dari semua metode rendering, maka, harus dievaluasi sebagai pendekatan untuk persamaan, dan dalam hal ray tracing, belum tentu yang paling realistis. Metode lain, termasuk pemetaan foton, didasarkan pada ray tracing untuk bagian tertentu dari algoritma, namun memberikan hasil yang jauh lebih baik.
Terbalik arah dari traversal dari adegan oleh sinar
Proses pengambilan gambar sinar dari mata ke sumber cahaya untuk membuat suatu gambar sedang kadang-kadang disebut mundur ray tracing, karena merupakan foton arah yang berlawanan benar-benar perjalanan. Namun, ada kebingungan dengan terminologi ini. Awal ray tracing selalu dilakukan dari mata, dan peneliti awal seperti James Arvo menggunakan istilah mundur ray tracing berarti sinar menembak dari lampu dan mengumpulkan hasilnya. Oleh karena itu jelas untuk membedakan sinar mata berbasis versus berbasis cahaya tracing.
Sementara pencahayaan langsung umumnya terbaik sampel menggunakan sinar mata berbasis tracing, efek tidak langsung tertentu bisa mendapatkan keuntungan dari sinar yang dihasilkan dari lampu. Caustics pola terang disebabkan oleh fokus cahaya reflektif dari suatu wilayah yang luas ke area sempit (dekat-) permukaan difus. Sebuah algoritma yang melemparkan sinar langsung dari lampu ke objek reflektif, menelusuri jalan mereka ke mata, sampel yang lebih baik akan fenomena ini. Integrasi dari sinar mata dan cahaya berbasis berbasis sering dinyatakan sebagai jalur dua arah pelacakan, di mana jalan yang ditelusuri dari kedua mata dan lampu, dan jalur kemudian bergabung oleh sinar menghubungkan setelah panjang lebar.
pemetaan Foton adalah metode lain yang menggunakan kedua sinar cahaya-based dan mata berbasis tracing; dalam lulus awal, foton energik yang ditelusuri sepanjang sinar dari sumber cahaya sehingga untuk menghitung perkiraan seri fluks sebagai fungsi ruang 3-dimensi (peta foton eponim sendiri). Dalam lulus berikutnya, sinar yang ditelusuri dari mata ke tempat kejadian untuk menentukan permukaan terlihat, dan peta foton digunakan untuk memperkirakan iluminasi pada titik-titik permukaan terlihat. Keuntungan dari foton versus pemetaan jalur bidirectional tracing adalah kemampuan untuk mencapai kembali signifikan foton, mengurangi perhitungan, pada biaya bias statistik.
Masalah tambahan terjadi ketika cahaya harus melewati sebuah lubang yang sangat sempit untuk menerangi tempat kejadian (mempertimbangkan ruang gelap, dengan pintu sedikit terbuka menuju ke sebuah ruangan terang-terang), atau adegan dimana poin kebanyakan tidak memiliki garis langsung of-sight ke sumber cahaya (seperti dengan lampu langit-langit-diarahkan atau torchieres). Dalam kasus tersebut, hanya sebagian yang sangat kecil akan jalur transportasi energi, transportasi cahaya Metropolis adalah metode yang dimulai dengan pencarian acak ruang jalan, dan ketika jalan energik ditemukan, menggunakan kembali informasi ini dengan mengeksplorasi ruang di dekat sinar.
Ke kanan adalah gambar yang memperlihatkan contoh sederhana dari sebuah jalan sinar secara rekursif yang dihasilkan dari kamera (atau mata) ke sumber cahaya menggunakan algoritma di atas. Permukaan berdifusi memantulkan cahaya ke segala arah.
Pertama, sinar diciptakan pada suatu eyepoint dan dilacak melalui pixel dan ke dalam adegan, di mana ia hits permukaan yang difus. Dari permukaan bahwa algoritma secara rekursif menghasilkan sinar refleksi, yang ditelusuri melalui adegan, di mana permukaan difus hits lain. Akhirnya, refleksi sinar yang lain dihasilkan dan ditelusuri melalui adegan, di mana ia hits sumber cahaya dan diserap. Warna pixel sekarang tergantung pada warna permukaan difus pertama dan kedua dan warna cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya. Sebagai contoh, jika sumber cahaya yang dipancarkan cahaya putih dan dua permukaan yang difus biru, maka warna yang dihasilkan dari pixel berwarna biru.
In real time (Secara real time)
Implementasi pertama dari pelacak "real-time"-ray dikreditkan pada konferensi 2005 SIGGRAPH komputer grafis sebagai / REMRT alat RT yang dikembangkan pada tahun 1986 oleh Mike Muuss untuk sistem BRL-CAD pemodelan padat. Awalnya diterbitkan pada tahun 1987 di Usenix, ray BRL-CAD-pelacak adalah implementasi pertama yang diketahui jaringan paralel terdistribusi ray-tracing sistem yang dicapai beberapa frame per detik dalam memberikan kinerja [9] Kinerja ini. Yang didapat dengan cara yang sangat -dioptimalkan namun platform independen LIBRT ray-tracing engine di BRL-CAD dan dengan menggunakan geometri CSG padat implisit pada beberapa mesin memori bersama paralel melalui jaringan komoditas. ray BRL-CAD-pelacak, termasuk REMRT / alat RT, terus tersedia saat ini dan dikembangkan sebagai perangkat lunak open source.
Implementasi pertama dari pelacak "real-time"-ray dikreditkan pada konferensi 2005 SIGGRAPH komputer grafis sebagai / REMRT alat RT yang dikembangkan pada tahun 1986 oleh Mike Muuss untuk sistem BRL-CAD pemodelan padat. Awalnya diterbitkan pada tahun 1987 di Usenix, ray BRL-CAD-pelacak adalah implementasi pertama yang diketahui jaringan paralel terdistribusi ray-tracing sistem yang dicapai beberapa frame per detik dalam memberikan kinerja [9] Kinerja ini. Yang didapat dengan cara yang sangat -dioptimalkan namun platform independen LIBRT ray-tracing engine di BRL-CAD dan dengan menggunakan geometri CSG padat implisit pada beberapa mesin memori bersama paralel melalui jaringan komoditas. ray BRL-CAD-pelacak, termasuk REMRT / alat RT, terus tersedia saat ini dan dikembangkan sebagai perangkat lunak open source.
Sejak itu, ada upaya yang cukup besar dan penelitian terhadap pelaksanaan ray tracing dalam kecepatan real time untuk berbagai tujuan pada konfigurasi desktop yang berdiri sendiri. Kegunaan ini termasuk aplikasi grafis 3D interaktif seperti produksi demoscene, permainan komputer dan video, dan rendering gambar. Beberapa waktu-nyata software 3D mesin berdasarkan ray tracing telah dikembangkan oleh programmer hobbyist demo sejak akhir 1990-an.
Proyek OpenRT mencakup inti perangkat lunak yang sangat-dioptimalkan untuk ray tracing bersama dengan API OpenGL seperti untuk menawarkan alternatif pendekatan rasterisation saat ini berbasis grafis 3D interaktif. Ray tracing perangkat keras, seperti Ray eksperimental Processing Unit yang dikembangkan di Universitas Saarland, telah dirancang untuk mempercepat beberapa operasi komputasi intensif ray tracing. Pada tanggal 16 Maret 2007, University of Saarland menunjukkan sebuah implementasi dari sinar kinerja tinggi tracing mesin yang memungkinkan permainan komputer yang akan diberikan melalui ray tracing tanpa pemanfaatan sumber daya yang intensif.
Pada tanggal 12 Juni 2008 Intel menunjukkan versi khusus dari Enemy Territory: Quake Wars, Quake Wars berjudul: Ray ditelusuri, menggunakan ray tracing untuk rendering, berjalan di dasar (720p) resolusi HD. ETQW dioperasikan pada 14-29 frame per detik. Demonstrasi berlari pada 16-inti (socket 4, 4 inti) sistem Tigerton berjalan pada 2,93 GHz.
Pada SIGGRAPH 2009 Nvidia mengumumkan OptiX, sebuah API untuk real-time ray tracing pada GPU Nvidia. API mengekspos tujuh titik masuk diprogram dalam pipa ray tracing, yang memungkinkan untuk kamera kustom, persimpangan ray-primitif, shader, membayangi, dll
Contoh
Sebagai demonstrasi tentang prinsip-prinsip yang terlibat dalam raytracing, marilah kita mempertimbangkan bagaimana seseorang akan menemukan persimpangan antara sinar dan bola. Dalam notasi vektor, persamaan bola dengan pusat C dan R adalah:
Sebagai demonstrasi tentang prinsip-prinsip yang terlibat dalam raytracing, marilah kita mempertimbangkan bagaimana seseorang akan menemukan persimpangan antara sinar dan bola. Dalam notasi vektor, persamaan bola dengan pusat C dan R adalah:
Setiap titik pada sebuah sinar mulai dari gunanya S dengan arah D (di sini D adalah vektor satuan) dapat ditulis sebagai:
dimana T adalah jarak antara X dan S. Dalam masalah kita, kita tahu C, R,S (misalnya posisi sumber cahaya) dan D, dan kita perlu mencari T. Oleh karena itu, kami pengganti X:
Mengetahui bahwa d adalah vektor satuan memungkinkan kita ini penyederhanaan kecil:
Persamaan kuadrat ini memiliki solusi
Dua nilai T ditemukan dengan memecahkan persamaan ini adalah dua orang seperti S+td yang kembali titik-titik dimana sinar memotong bola.
Jika salah satu (atau keduanya) dari mereka yang negatif, maka persimpangan tidak berbohong di sinar namun di baris-setengah berlawanan (yaitu satu mulai dari S dengan arah berlawanan).
Jika kuantitas bawah akar kuadrat (diskriminan) adalah negatif, maka sinar tidak berpotongan bola.
Mari kita andaikan sekarang bahwa ada minimal solusi positif, dan biarkan T menjadi orang minimal. Selain itu, mari kita mengandaikan bahwa bola adalah objek terdekat di tempat kejadian kita berpotongan ray kita, dan itu terbuat dari bahan reflektif. Kita perlu mencari di mana arah sinar cahaya dipantulkan. Hukum negara refleksi bahwa sudut refleksi sama dan berlawanan dengan sudut kejadian antara sinar kejadian dan normal bola.
Normal untuk bola hanya
Jika salah satu (atau keduanya) dari mereka yang negatif, maka persimpangan tidak berbohong di sinar namun di baris-setengah berlawanan (yaitu satu mulai dari S dengan arah berlawanan).
Jika kuantitas bawah akar kuadrat (diskriminan) adalah negatif, maka sinar tidak berpotongan bola.
Mari kita andaikan sekarang bahwa ada minimal solusi positif, dan biarkan T menjadi orang minimal. Selain itu, mari kita mengandaikan bahwa bola adalah objek terdekat di tempat kejadian kita berpotongan ray kita, dan itu terbuat dari bahan reflektif. Kita perlu mencari di mana arah sinar cahaya dipantulkan. Hukum negara refleksi bahwa sudut refleksi sama dan berlawanan dengan sudut kejadian antara sinar kejadian dan normal bola.
Normal untuk bola hanya
Dimana Y= S+td adalah titik persimpangan yang ditemukan sebelumnya. Arah refleksi dapat ditemukan oleh refleksi dari D berkenaan dengan N, yaitu
Jadi sinar tercermin memiliki persamaan
Sekarang kita hanya perlu menghitung persimpangan sinar terakhir dengan bidang kita pandang, untuk mendapatkan pixel yang sinar cahaya yang dipantulkan kami akan memukul. Terakhir, pixel ini diatur ke warna yang sesuai, dengan mempertimbangkan bagaimana warna sumber cahaya asli dan salah satu sphere dikombinasikan dengan refleksi.
Ini hanyalah matematika di balik persimpangan garis-bola dan penentuan berikutnya dari warna pixel yang sedang dihitung. Ada, tentu saja, jauh lebih proses umum raytracing, namun ini menunjukkan sebuah contoh dari algoritma yang digunakan.
Sumber diatas merupakan hasil terjemahan menggunakan Google Translate, Sumber Aslinya :
- http://en.wikipedia.org/wiki/Ray_tracing_%28physics%29
- http://en.wikipedia.org/wiki/Ray_tracing_%28graphics%29
Nama Kelompok:
- Arif Anggriawan (34109835)
- Fardiansyah Nurhakim (36109454
- Mizwar Badawi (32109369)
- Raden Fandy Fariza (34109324)
- Wahyu Muslimin (34109475)
- Wahyu Muslimin (34109475)
- Wawan Nurjuniawan (34109619)
0 Response to "Ray Tracing"
Posting Komentar