Einführung in den Ray-Tracing-Algorithmus
Der Ray-Tracing-Algorithmus ist die erfolgreichste Bildsynthesetechnik. Diese Technik ist in der Lage, virtuell den höchsten Grad an Realismus zu erzielen, der über dem anderer Scanline-Rendering-Methoden liegt. Dies ist jedoch mit einem höheren Rechenaufwand verbunden. Computergrafik ist in der heutigen digitalen Welt zur vorläufigen Anforderung geworden. Computergrafiken werden sichtbar, wenn wir ein virtuelles Bild erstellen müssen, das sehr real und tatsächlich nicht von einem normalen Foto zu unterscheiden ist. Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu erreichen. Ray Tracing ist eine solche Rendering-Technik. Dies wird zum Erzeugen eines Bildes verwendet, indem der Lichtweg als Pixel in einer Ebene des Bildes verfolgt und dessen Auswirkungen bei Begegnung mit virtuellen Objekten simuliert werden.
Eine kurze Geschichte
Als der Raytracing-Algorithmus erfunden wurde, wurde angenommen, dass dies die beste Technik zur Synthese von Bildern ist. Da Computer in den 1960er Jahren sehr langsam waren und diese Technik weggelassen wurde, konnten langsame Computer mit dieser hochentwickelten Technik nicht Schritt halten. Da sich die Computergeschwindigkeiten seitdem exponentiell verbesserten, wurde dies langsam wieder populär und zu einer der besten Methoden.
Wann / wo wird es verwendet?
Raytracing-Algorithmus wird verwendet, wenn die Kosten für die Implementierung kein Problem darstellen und die Renderzeit toleriert wird. Dies liegt daran, dass der Raytracing-Algorithmus hohe Kosten erfordert und auch die Zeit zum Rendern des Bildes relativ hoch ist.
Daher kann dieser Algorithmus in visuelle Effekte für Film / Fernsehen implementiert werden, da diese eine hohe Auflösung und die beste Videoqualität erfordern.
Arten von Ray-Tracing-Algorithmen:
Um die Strahlverfolgung effizienter zu gestalten, werden verschiedene Methoden eingeführt. Sehen wir uns diese Algorithmen an.
1. Forward Ray Tracing Algorithmus
Bei dieser Technik löst das Programm Lichtstrahlen aus, die von der Quelle zum Objekt folgen. Die Vorwärtsstrahlverfolgung kann die Farbe jedes Objekts bestimmen, diese Technik ist jedoch ineffizient. Dies ist darauf zurückzuführen, dass viele Strahlen von einer Lichtquelle niemals durch die Sichtebene in das Auge gelangen.
Außerdem ist das Aufspüren jedes einzelnen Lichtstrahls von der Quelle zum Objekt nur eine Verschwendung, da nicht alle Strahlen zur Visualisierung der Bilder beitragen. Dies ist der Grund, warum Forward Racing auch als Light Ray Tracing oder Photon Tracing bezeichnet wird.
2. Rückwärtsstrahlverfolgungsalgorithmus
Diese Methode wird verwendet, um die Ineffizienz der Weiterleitungsstrahlverfolgungsmethode zu überwinden. Bei dieser Methode wird ein Augenstrahl in der Nähe des Auges erzeugt, der durch die Sichtebene in den Raum gelangt. Das erste Objekt, das von einem Augenstrahl getroffen wird, ist das Objekt, das von dieser Sichtebene aus gesehen wird. Sobald der Lichtstrahl herumprallt, berechnet der Ray Tracer die genaue Färbung und Schattierung dieses Punktes in der Ansichtsebene. Dies wird nun genau im entsprechenden Pixel auf dem Computerbildschirm angezeigt. Rückstrahlverfolgung wird daher auch als Eye-Tracking bezeichnet.
Das größte Negativ der Rückwärtsverfolgung ist die Tatsache, dass nur Lichtstrahlen angenommen werden, die durch die Ansichtsebene in das Auge gelangen und zum endgültigen Bild gelangen. Dies ist möglicherweise nicht in allen Fällen der Fall. Angenommen, ein Objekt wird auf einem Tisch gehalten, und wenn das Licht direkt von oben kommt, und wenn das Objekt beispielsweise eine Linse, empfängt sie das Licht an dem Brennpunkt, an dem die Konzentration höher sein könnte. In diesem Fall würde die Rückwärtsverfolgung fehlschlagen, da sie keine Vorstellung von den Vorwärtsstrahlen hätte, die durch Biegen des Lichts an den Brennpunkten entstehen könnten. Daher kann die Rückwärtsverfolgung nur dann verwendet werden, wenn ein gleichmäßiger Lichtfleck durch das Objekt fällt.
3. Hybrid Ray Tracing Algorithmus:
Hybridstrahlverfolgung ist die Mischung der beiden obigen Strahlverfolgungstechniken, und es wurde festgestellt, dass dies die Nachteile von Vorwärts- und Rückwärtsstrahlverfolgungstechniken kompensiert.
Wie es funktioniert:
Bis zu einem gewissen Grad wird die Vorwärtsverfolgung angewendet und Algorithmen werden verwendet, um diese Daten aufzuzeichnen, und dann wird die Rückwärtsverfolgung auf diese Daten angewendet. Die endgültige Färbung des gesamten Bildes wird auf der Grundlage von Vorwärts- und Rückwärtsverfolgungsaufzeichnungen berechnet.
Der Raytracing-Algorithmus wurde aufgrund seiner realistischen Stimulation der Beleuchtung sehr beliebt. Dies ist im Vergleich zu anderen Rendering-Techniken wie Scanline-Ray-Casting sehr effizient. Reflexions- und Schatteneffekte sind recht einfache Ergebnisse der Verwendung des Raytracing-Algorithmus. Der größte Nachteil ist jedoch die Leistung, die jedoch gegenüber anderen Rendering-Methoden wie Scanline durchaus von Vorteil ist.
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