Dechberoucí realismus

Technologie ve světě 3D se rok od roku vyvíjejí, aby vytvořily v rukou uživatele dechberoucí realismus ve videohrách, animovaných fi lmech, ale také v architektonickém renderu. Vizualizační software následuje tento vývoj, díky tomu budou vaše projekty ve virtuální podobě možná brzo reálnější než byste asi čekali.

V tomto článku představíme dvě klíčové technologie posledních let, které by mohly změnit vše ve vašem 3D vykreslování návrhů: Path tracing (sledování cest) a Ray tracing (sledování paprsků).

Před samotným rozborem ještě malá odbočka : na konferenci Interiéry jsme mluvili o historii vizualizací, video s cca 2 hodinami povídání můžete najít v QR kódu u pana Pollia. Ale zpět do přítomnosti a blízké budoucnosti.

Obě technologie nejsou vlastně ničím novým, dokonce Ray tracing byl v podstatě vymyšlen už v šestnáctém století. Užití v počítačích se datuje k roku 1968 pro Ray tracing a k roku 1986 pro Path tracin g. Obě metody se používají v různých odvětvích od té doby, ale poslední roky přišla důležitá změna, výpočty byly přesunuty na hardware a fungují velmi podobně.

O co tedy jde:

I. Co je Ray Tracing?

Tato technologie generuje světelné paprsky v opačném směru, než je přirozený směr, to znamená z kamery směrem ke zdroji světla (existuje i opačný algoritmus). Tyto paprsky se odrážejí od jakéhokoli povrchu, na který narazí. Geometrii musí grafi cká karta samozřejmě určit už před tímto. Pro každý pixel se tak počítá paprsek světla, vtip je v tom, že ten paprsek není vlastně jeden. Skládá se z různých částí pro odrazy, refrakci, stíny. Ty se množí exponenciálně s každým odrazem od nějakého povrchu. Množství záleží mimo jiné i na množství zdrojů světla, které jsou v 3D modelu. Asi je jasné, že tohle je, při výpočtu každého pixelu, velmi náročný výpočet. Teoreticky je ale velmi přesný, i když má slabá místa podle použitých algoritmů a není ani vlastně nutně realistický.

II. Co je Path tracing?

Oproti předchozí metodě je tento výpočet trochu složitější, ale šetří výpočetní kapacitu. Více práce znamená méně práce. Prvotní je totiž určení pravděpodobné dráhy paprsku světla (proto ten název) a pak určení vlastností dráhy paprsku a jeho výsledný efekt na vykreslovaný obraz. Nejde jen o světelnost a stíny 3D modelu, ale i zabarvení od ostatních materiálů atd. Ono vlastně při tomto způsobu je „vystřeleno“ na každý pixel mnohem více paprsků, ale vtip je v tom, že „jen“ pro určení cesty a nakonec se počítá s mnohem menším množstvím paprsků než u Ray tracingu. Lépe se pak dá také „škálovat“ detailnost výpočtu.

Vypadá to, že Path tracing je tak vlastně lepší metodou, ale proč se mluví intenzivně poslední měsíce a roky o Ray tracingu? Vlastně to je jen záměna termínů, mnohdy schválně zjednodušené pojmenování.

Nejlepší je, jak se ukazuje, kombinace těchto technologií. Nejnovější grafi cké karty od AMD a Nvidia um ějí s oběma technologiemi pracovat v reálném čase. Teoreticky to brzo zvládnou i grafi ky Intel ARC a integrované grafi ky Intel a AMD. To by byl velký průlom a časem bychom mohli render pustit i na mobilu nebo tabletu, jak jsme fantazírovali před pár lety. Samozřejmě to chce ale robustní software, bez něho je to vše jen hromada drátků.