rasterラスタライズとは何ですか？レイトレーシングとの違いは何ですか？

新しいNvidia RTXグラフィックカードの差し迫ったリリースの後。 ラスタライズとは何か、レイトレーシングとの違いは何かについての記事を書きたかったのです。 このテクノロジーについて知っておく必要があるすべてを知る準備はできましたか？ 始めましょう！

ラスタライズとレイトレーシングの違いとは

リアルタイムPCグラフィックスは、「ラスター化」と呼ばれる手法を長い間使用して、3次元オブジェクトを2次元画面に表示していました。 これは手っ取り早い手法であり、光線追跡ができるほど良くはありませんが、過去数年間で結果は非常に良くなっています。

ラスターテクニックでは、画面に表示されるオブジェクトは、オブジェクトの3次元モデルを作成する仮想三角形またはポリゴンのメッシュから作成されます 。 この仮想メッシュでは、頂点と呼ばれる各三角形の角が、サイズと形状が異なる他の三角形の頂点と交差します。 このため、空間内の位置、色、テクスチャ、およびオブジェクトの表面の向きを決定するために使用される「法線」に関する情報だけでなく、多くの情報が各頂点に関連付けられています。 。

次に、コンピュータは3Dモデルの三角形をピクセルまたは2D画面上のポイントに変換します 。 各ピクセルには、三角形の頂点に格納されているデータから初期カラー値を割り当てることができます。 追加のピクセル処理または「シェーディング」。これには、シーン内のライトがピクセルに当たる方法に基づいてピクセルの色を変更し、1つまたは複数のテクスチャをピクセルに適用し、組み合わせて適用される最終的な色を生成します。 1ピクセル。

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シーン内のすべてのオブジェクトモデルに数百万のポリゴンが使用され、4K画面に約800万ピクセルが存在する可能性があるため、 これは計算集約型です。 これらすべてに加えて、画面に表示される各画像は通常、1秒あたり30〜90回更新されることを追加する必要があります 。 また、高速化のために一時的に確保されるメモリバッファは、画面に表示される前にフレームを事前にレンダリングするために使用されます。

深度または「zバッファ」は、ピクセル深度情報を格納するためにも使用され、ピクセル画面のxy位置にある前面オブジェクトが表示され、最前面オブジェクトの背後にあるオブジェクトが非表示のままになります。 これが、現代的でグラフィックが豊富なコンピューターゲームが、毎秒何百万もの計算が可能な強力なGPUに依存している理由です。

レイトレーシング はまったく異なる方法で機能します。 現実の世界では、私たちが目にする3Dオブジェクトは光源によって照らされており、光を構成するフォトンは、あるオブジェクトから別のオブジェクトに跳ね返ってから、視聴者の目に届くことがあります。 また、あるオブジェクトの画像が別のオブジェクトの表面に反射するように、一部のオブジェクトによって光が遮られて影が作成されたり、あるオブジェクトから別のオブジェクトに光が反射したりすることがあります。 屈折もあります 。これにより、ガラスや水などの透明または半透明のオブジェクトを通過する光の速度と方向が変化します。

レイトレーシングはこれらの効果を再現します。これは、1969年にIBMのアーサーアペルによって最初に説明された手法です 。 この手法は、2D表示面の各ピクセルを通過する光の経路を追跡し、それをシーンの3Dモデルに変換します。 次の大きな進歩は10年後の1979年の「シェードスクリーンの照明モデルの改善」というタイトルの論文であり、現在Nvidia Researchのメンバーであるターナーウィッテッドは、 反射、影、および屈折をキャプチャする方法を示しました。レイトレーシング。

ホイットテクニックを使用すると、シーン内のオブジェクトに落雷が発生すると、オブジェクトの表面に影響を与えるポイントの色と照明の情報がピクセルの色と照明レベルに影響します。 ビームが光源に到達する前にさまざまなオブジェクトの表面を跳ねたり移動したりする場合、それらすべてのオブジェクトからの色と照明の情報がピクセルの最終的な色に影響する可能性があります。

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1980年代のもう1組の文書は、コンピュータグラフィックス革命の残りの知的基盤を築き、映画の制作方法を覆しました。 1984年、ルーカスフィルムのロバートクック、トーマスポーター、ローレンカーペンターは、レイトレーシングが、モーションブラー、被写界深度、ハーフライト、半透明、ぼやけた反射など、さまざまな一般的な映画のテクニックをどのように組み込むことができるかを詳しく説明しました。カメラで作成できます。 2年後、CalTechのジム・カジヤ教授の「レンダリング方程式」は、コンピューターグラフィックスの生成方法を物理学にマッピングして、光の散乱をより正確に表現する作業を完了しました。シーンで。

このすべての研究と最新のGPUを組み合わせると、結果は、実際の写真やビデオと区別がつかない方法で影、反射、屈折をキャプチャしたコンピューター生成画像になります。 そのリアリズムは、レイトレーシングが現代の映画を征服するようになった理由です。 Enrico CericaがOctaneRenderを使用して生成した次の画像は、ランプのガラスストロークの歪み、窓の拡散照明、床のランタンの曇りガラスがフレーム画像に反映されていることを示しています。

レイトレーシングは非常に電力を必要とする技術です。そのため、映画製作者は、複雑な特殊効果を生成するのに数日から数週間かかるプロセスでシーンを作成するために、多数のサーバーまたはファームに依存しています 。 間違いなく、多くの要因がグラフィックスおよびレイトレーシングパフォーマンスの全体的な品質に影響を与えます。 実際、レイトレーシングは非常に計算量が多いので、多くの場合、シーンの残りのシーンの間に、技術の視覚的な品質とリアリズムから最も恩恵を受けるシーン内の領域またはオブジェクトを表すために使用されます。ラスタライズを使用して処理されます。

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