Що таке кидання променів?

Вступ до кидання променів.

Кидання променів – це метод, що дає змогу визначити, як у віртуальній сцені світло потрапляє в око (або камеру). У 3D-графіці кидання променів імітує випромінювання цифрових променів світла з погляду глядача в цифрове середовище. Промені перетинаються з обʼєктами в сцені, і з урахуванням місця перетину та властивостей кожного обʼєкта методом кидання променів можна визначити колір і яскравість пікселів на екрані.

Кидання променів критично важливе для рендерингу та візуалізації, оскільки воно створює реалістичне освітлення. Ця техніка імітує в цифровому середовищі взаємодію світла з обʼєктами реального світу, що дає змогу створювати напрочуд реалістичних персонажів, обʼєкти та сцени.

Історія методу кидання променів.

Кидання променів є фундаментальним методом у сучасному 3D-дизайні, але ця технологія налічує десятки років. У 1960-х роках фахівці в галузі обчислювальної техніки досліджували методи моделювання взаємодії світла з поверхнями для створення реалістичних зображень. У 1980-х роках Тернер Віттед (Turner Whitted) написав статтю про рекурсивне трасування променів, яка популяризувала цей метод. Він представив концепцію обробки віддзеркалень і заломлень через рекурсивне кидання променів, що стало переломним моментом у розвитку цього методу.

Джон Кармак (John Carmack) популяризував кидання променів на початку 1990-х років завдяки грі «Wolfenstein 3D», у якій цей метод використовувався для створення тривимірної перспективи у 2D-світі. У 2000-х роках техніка кидання променів поєдналася з растеризацією для забезпечення підтримки рендерингу в реальному часі в цифрових симуляторах. Сьогодні компанії розробляють кидання променів з апаратним прискоренням, яке розширює межі можливого.

Реальне застосування.

Кидання променів чудово придатне для відеоігор, але також має й інші важливі галузі застосування, зокрема:

1. Медична візуалізація. Кидання променів відтворює обʼємні дані зі сканерів КТ та МРТ. Це забезпечує медичних працівників детальними 3D-зображеннями, які підвищують точність діагностики.
2. Візуалізація в архітектурі Архітектори використовують кидання променів для передбачення того, як світло буде взаємодіяти зі створюваним простором. Це надзвичайно корисно для визначення особливостей освітлення приміщень сонячним світлом у різні пори дня або року.
3. Віртуальна реальність (VR). У VR кидання променів використовується для виявлення взаємодії, зокрема відстеження напрямку погляду та вибору обʼєкта. Це забезпечує більш захопливий досвід користування.
4. Ігри. Кидання променів відіграє важливу роль у розробці відеоігор, оскільки забезпечує реалістичне, інтерактивне середовище. У відеоіграх кидання променів використовується для різних цілей, зокрема для рендерингу та виявлення зіткнень. Ігри, як-от Doom Eternal та Cyberpunk 2077 – лише кілька прикладів використання кидання променів у роботі.

Об’ємне кидання променів.

Обʼємне кидання променів виходить за межі стандартного методу кидання. У цій техніці використовуються обʼємні дані, як-от 3D-текстури та набори даних. Під час стандартного кидання променів відбувається перетинання променів із поверхнями, тоді як під час обʼємного – відбір даних з усього простору. Це корисно для галузей застосування, як-от медична візуалізація, де модель візуалізує 3D-дані зі сканерів КТ або МРТ.

Кидання променів порівнянно з іншими методами рендерингу.

Adobe Substance 3D – це пакет для творчості, призначений для створення, модифікації та стилізації 3D-моделей. Кидання променів – важлива частина Substance 3D, яка допомагає з накладанням текстур або визначенням порядку взаємодії світла із цифровими матеріалами. На додаток до набору 3D-інструментів Substance 3D, кидання променів забезпечує можливості для створення детальних, точних текстур високореалістичних 3D-моделей.

Наведемо порівняння методу кидання променів з іншими методами рендерингу.

1. Кидання променів. У цьому методі видимість визначається спрямуванням променів від глядача на сцену.
2. Растеризація. Ця техніка 3D-моделювання передбачає перетворення геометричних фігур у пікселі для відображення. Це широко використовується в графіці реального часу для відеоігор.
3. Трасування променів. Це вдосконалена форма кидання променів. У цьому методі імітується шлях променів світла під час їхнього проходження через сцену. Методом трасування променів створюються високореалістичні зображення, але він має високу обчислювальну вартість.

Початок роботи з киданням променів.

Нижче наведено короткий посібник з початку роботи з киданням променів.

1. Опанування основ. Дізнайтеся, що таке промені, як вони поширюються та перетинаються з обʼєктами в сцені.
2. Почніть із простих сцен. Початківцям варто спробувати базові форми, як-от сфери та площини. Використовуйте прості техніки затінення, щоб надати обʼєктам глибини. Оцініть, як різні параметри впливають на тіні, відображення та заломлення в сцені.
3. Розвивайтеся до складних сцен. Після того як із цим розберетеся, додайте більше обʼєктів і матеріалів.

Хоча це допоможе на початку, не забувайте продовжувати розвивати свої навички з кидання променів. З часом онлайн-уроки, спілкування в спільнотах і вивчення посібників від Adobe Substance 3D покращать ваші навички.

Відчуйте різницю: кидання променів з Adobe Substance.

Кидання променів створює реалістичніші цифрові сцени завдяки імітуванню реального освітлення в цифровому просторі. Від медичної візуалізації до відеоігор – метод кидання променів привносить реальність у цифрову еру. Створюйте власні приголомшливі візуальні ефекти: поекспериментуйте з киданням променів в Adobe Substance 3D вже зараз.