Kaj je metanje žarkov?

Uvod v metanje žarkov.

Metanje žarkov je način, s katerim določimo, kako svetloba pade v oko (ali kamero) na virtualnem prizoru. V 3D-grafiki metanje žarkov posnema oddajanje digitalnih žarkov svetlobe s perspektive opazovalca v digitalno okolje. Žarki zadenejo predmete v prizoru, pri čemer lahko glede na to, kje se ta presečišča žarkov in predmetov nahajajo in kakšne so lastnosti posameznih predmetov, z metodo metanja žarkov določimo barvo in svetlobo svetlobnih pik na zaslonu.

Metanje žarkov je ključno za upodabljanje in vizualizacijo, ker ustvari realistično osvetlitev. Posnema namreč interakcijo svetlobe s predmeti v resničnem svetu v digitalnem okolju, kar omogoča oblikovanje izjemno realističnih likov, predmetov in prizorov.

Zgodovina metanja žarkov.

Metanje žarkov je nepogrešljiva tehnika v modernem 3D-oblikovanje, vendar je sama tehnologija stara že več desetletij. V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so računalnikarji raziskovali metode za simulacijo interakcije svetlobe, s katerimi bi lahko dosegli realistične slike. V osemdesetih letih je Turner Whitted napisal članek o rekurzivnem sledenju žarkom, s katerim se je ta tehnika uveljavila. Uvedel je koncept obravnave odboja in loma svetlobe s pomočjo ponavljajočega se metanja žarkov, kar je bistveno spremenilo metodo metanja žarkov.

John Carmack je uporabo metanja žarkov nadalje med uporabniki razširil na začetku devetdesetih let z videoigro "Wolfenstein 3D", v kateri je s to metodo ustvaril 3D-perspektivo na 2D-sliki. Po letu 2000 so se tehnike metanja žarkov združile z rasterizacijo, kar je odprlo vrata sprotnemu upodabljanju v digitalnih simulacijah. Danes podjetja razvijajo strojno pospešeno sledenje žarkom, kar premika meje mogočega.

Področja vsakodnevne uporabe.

Metanje žarkov je odlično za videoigre, vendar ga uporabljajo tudi na številnih drugih pomembnih področjih, kot so:

1. Slikovno upodabljanje v medicini. Metanje žarkov se uporablja za upodabljanje volumetričnih podatkov, pridobljenih s slikanjem CT in MRI. Tako so zdravstvenim delavcem na voljo podrobne 3D-slike, ki omogočajo natančnejšo diagnostiko.
2. Arhitekturne vizualizacije. Arhitekti s pomočjo metanja žarkov predvidevajo učinkovanje svetlobe v načrtovanih prostorih. To je zlasti uporabno pri ugotavljanju, koliko bo sonce ob različnih urah ali letnih časih osvetlilo prostore.
3. Navidezna resničnost. V navidezni resničnosti se metanje žarkov uporablja za zaznavanje interakcij, med drugim za sledenje pogledu in izbiranje predmetov. To omogoča pristnejšo uporabniško izkušnjo.
4. Videoigre. Metanje žarkov je pomembno pri upodabljanju in vizualizaciji, ker podpira realistična interaktivna okolja. V videoigrah se metanje žarkov uporablja za različne namene, med drugim za zaznavanje trkov in upodabljanje. Igre, kot sta Doom Eternal in Cyberpunk 2077, so le nekateri primeri uporabe metanja žarkov.

Volumetrično metanje žarkov.

Volumetrično metanje žarkov gre še korak dlje od standardnega metanja žarkov. Pri tej tehniki se uporabljajo volumetrični podatki, npr. 3D-teksture in podatkovne množice. Standardno metanje žarkov določa točke presečišč žarkov s površinami, medtem ko volumetrično metanje žarkov vzorči podatke v celotnem prostoru. To je uporabno na področjih uporabe, kot je slikovna obdelava v medicini, kjer model vizualizira 3D-podatke, pridobljene s slikanjem CT ali MRI.

Metanje žarkov v primerjavi z drugimi tehnikami upodabljanja.

Adobe Substance 3D je zbirka programov za ustvarjanje, namenjenih izdelavi, spreminjanju in stiliziranju 3D-modelov. Metanje žarkov predstavlja pomemben del zbirke Substance 3D, ki pomaga pri izdelavah tekstur in interakciji svetlobe z digitalnimi materiali. Poleg zbirke orodij za 3D v Substance 3D tudi metanje žarkov omogoča oblikovanje podrobnih in natančnih tekstur za izjemno realistične 3D-modele.

Oglejmo si, kako metanje žarkov deluje v primerjavi z drugimi tehnikami upodabljanja:

1. Metanje žarkov. Metoda, ki določa vidnost s projiciranjem žarkov od opazovalca na prizor.
2. Rasterizacija. Tehnika 3D-oblikovanja, ki geometrijske oblike pretvori v svetlobne pike za prikaz. Veliko se uporablja za grafike v realnem času pri videoigrah.
3. Sledenje žarkom. Napredna oblika metanja žarkov, ki simulira pot svetlobnih žarkov skozi prizor. Sledenje žarkom ustvari izjemno realistične slike, vendar zahteva zelo veliko računalniško moč.

Uvod v metanje žarkov.

V nadaljevanju je kratki vodnik, kako začeti uporabljati metanje žarkov:

1. Razumevanje osnov. Spoznajte, kaj so žarki, kako delujejo in kako zadenejo različne predmete na prizoru.
2. Začnite s preprostimi prizori. Če se s tem področjem še niste ukvarjali, začnite z osnovnimi oblikami, kot so krogle in ravnine. Z uporabo preprostih tehnik senčenja jim dodajte globino. Videli boste, kako različne izbire vplivajo na sence, odseve in lom svetlobe na prizoru.
3. Prehod na zahtevnejše prizore. Ko so vam osnove jasne, začnite uporabljati več predmetov in materialov.

Čeprav boste tako lažje začeli, ne pozabite še naprej razvijati svojih veščin metanja žarkov. S spletnimi vadnicami, skupnostmi in vodniki zbirke Adobe Substance 3D jih boste sčasoma izpopolnili.

Oglejte si razliko: metanje žarkov z Adobe Substance.

Z metanjem žarkov nastanejo bolj realistični digitalni prizori, ki posnemajo dejansko svetlobo v digitalnih prostorih. Metanje žarkov v digitalno dobo prinaša realnost, od slikovnega upodabljanja v medicini do videoiger. Izdelajte izjemne vizualne podobe: raziščite metanje žarkov s programsko zbirko Adobe Substance 3D.