Co je to vrhání paprsku?

Úvod do vrhání paprsku

Vrhání paprsku je metoda, která určuje, jak bude světlo dopadat na oko (nebo kameru) ve virtuální scéně. Vrhání paprsku v 3D grafice napodobuje vysílání digitálních paprsků světla do digitálního prostředí z pohledu diváka. Paprsky se protnou s objekty ve scéně a na základě vlastností objektů a míst, kde k průsečíkům dojde, dokáže vrhání paprsků určit barvu a jas pixelů na obrazovce.

Vrhání paprsku má zásadní význam pro vykreslování a vizualizaci, protože vytváří realistické osvětlení. Tato technika digitálně simuluje interakci světla s objekty v reálném světě, což umožňuje vytvářet úžasně realistické postavy, objekty a scény.

Historie techniky vrhání paprsku

Vrhání paprsků je základní technikou moderních 3D návrhů. Je to ovšem technologie stará desítky let. V 60. letech 20. století zkoumali počítačoví vědci metody umožňující simulaci interakce světla s povrchy pro účely generování realistického obrazu. V 80. letech 20. století napsal Turner Whitted článek o rekurzivním sledování paprsku (ray tracingu), který tuto techniku zpopularizoval. Zavedl koncept zpracování odrazů a lomů pomocí rekurzivního vrhání paprsku, což pro techniku vrhání paprsku představovalo skutečnou změnu.

John Carmack zpopularizoval vrhání paprsku na počátku 90. let ve hře Wolfenstein 3D, která tuto techniku využívala k vytvoření 3D perspektivy ve 2D světě. Na počátku 21. století se techniky vrhání paprsku spojily s rasterizací, což v digitálních simulacích usnadnilo vykreslování v reálném čase. V současnosti technologické společnosti vyvíjejí hardwarově akcelerované sledování paprsků, které opět posouvá hranice možností.

Možnosti použití v reálném světě

Vrhání paprsku je skvělá technika pro hry, ale má i další důležité využití, např. pro následující účely:

1. Zpracování snímků ve zdravotnictví. Vrhání paprsku vykresluje volumetrická data při vyšetřeních počítačovou tomografií a magnetickou rezonancí. Lékaři tak mají k dispozici detailní 3D snímky, které umožňují přesnější diagnostiku.
2. Architektonické vizualizace. Architektům umožňuje vrhání paprsku předvídat interakci světla s prostorem. Je to užitečné zejména tehdy, pokud potřebují zjistit, jak bude sluneční světlo osvětlovat místnosti v různých denních nebo ročních dobách.
3. Virtuální realita (VR). Virtuální realita používá vrhání paprsku k určování interakce, včetně sledování pohledu a výběru objektu. Tato technika tak umožňuje ještě působivější uživatelské zážitky.
4. Hry. Vrhání paprsku je pro tvorbu her velmi důležitou technikou, protože podporuje realistické, interaktivní prostředí. Ve hrách se vrhání paprsku používá k různým účelům, včetně vykreslování a detekce kolizí. Mezi hry využívající techniku vrhání paprsku patří například Doom Eternal a Cyberpunk 2077.

Volumetrické vrhání paprsku

Volumetrické vrhání paprsku je pokročilejší technikou standardního vrhání paprsku. Tato technika využívá volumetrická data, jako jsou 3D textury a datové sady. Standardní vrhání paprsku protíná paprsky s povrchy, zatímco volumetrické vrhání paprsku vzorkuje data v celém prostoru. To je užitečné například ve zdravotnictví, kde model vizualizuje 3D data získaná při vyšetřeních počítačovou tomografií nebo magnetickou rezonancí.

Vrhání paprsku vs. jiné techniky vykreslování

Adobe Substance 3D je kreativní sada pro tvorbu, úpravy a stylizaci 3D modelů. Důležitou součástí Substance 3D je technika vrhání paprsku, která pomáhá při zapékání textur nebo při interakci světla s digitálními materiály. Kromě využití se sadou 3D nástrojů Substance 3D umožňuje vrhání paprsku vytvářet detailní a přesné textury pro vysoce realistické 3D modely.

Porovnejme si nyní vrhání paprsku s ostatními technikami vykreslování:

1. Vrhání paprsku. Tato metoda vykresluje scénu pomocí paprsků vyslaných směrem od pozorovatele do scény.
2. Rasterizace. Tato technika 3D modelování převádí geometrické tvary na pixely. Často se využívá ve hrách k zobrazení grafiky v reálném čase.
3. Sledování paprsků. Jedná se o pokročilou formu vrhání paprsku, která simuluje cestu světelných paprsků při jejich průchodu scénou. Sledování paprsků vytváří vysoce realistické obrazy, klade však vysoké nároky na výkon.

Začínáme s vrháním paprsků

Zde je stručný návod, jak můžete začít pracovat s technikou vrhání paprsku:

1. Osvojte si základy. Seznamte se s tím, co jsou paprsky, jak fungují a jak se protínají s objekty ve scéně.
2. Začněte jednoduchými scénami. Pokud teprve začínáte, pracujte nejprve se základními tvary, jako jsou koule a roviny. Pomocí jednoduchých technik stínování dodejte objektům hloubku. Sledujte, jak různé volby ovlivňují stíny, odrazy a lomy ve scéně.
3. Přejděte ke složitým scénám. Když zvládnete základy, začleňte do návrhu další předměty a materiály.

Výše uvedené kroky jsou pouze začátkem. Nezapomeňte i nadále pracovat na svých schopnostech, abyste dokázali techniku vrhání paprsku využít na maximum. Studujte online výukové lekce a dostupné příručky, zapojte se do komunity Adobe Substance 3D a vaše dovednosti se budou neustále zlepšovat.

Rozdíl, který poznáte: vrhání paprsku pomocí Adobe Substance

Vrhání paprsku umožňuje vytvářet realističtější digitální scény napodobením skutečného osvětlení v digitálním prostoru. Tato skvělá technika se uplatňuje v nejrůznějších odvětvích, od zdravotnictví až po hry. Vyzkoušejte si vrhání paprsku v Adobe Substance 3D a vytvářejte vlastní vizuální efekty.