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≪Trazado de rayos≫
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Este aviso fue puesto el 15 de marzo de 2019.
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El
trazado de rayos
(en ingles
ray tracing
) es un
algoritmo
para sintesis de
imagenes
que calcula el camino de la luz como pixeles en un plano de la imagen y simula sus efectos sobre las superficies virtuales en las que incida para que el comportamiento de la luz sea mas fluido. En cuanto al lugar de aplicacion, se utiliza en videojuegos, graficos animados en 3D, entre otros.
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Esta tecnica es capaz de producir imagenes con un alto grado de realismo, de una forma mayor que el
renderizado mediante lineas de exploracion
tradicional, aunque el coste computacional del trazado de rayos es mucho mayor.
El trazado de rayos es un intento de simular el como ven nuestros ojos la realidad. Es una tecnologia que se encarga de mejorar la calidad de las sombras y reflejos generados por las iluminaciones. Se trata de un algoritmo que realiza un mejor calculo de la luz que llega a nuestros ojos en un determinado momento, y con esto se intenta simular los rayos de luz que los producen, descartando todo lo demas que no afecta en ese momento a la vision, esto permite que las escenas en los videojuegos se acerquen mas a la realidad. Permite observar los reflejos de muchos objetos con mayor detalle y ademas ofrece una mejor calidad de imagen, cambiando en gran manera la textura y el aspecto de los mismos, pero tambien tiene sus desventajas ya que el rendimiento en FPS globales se ve bastante penalizado.
El trazado de rayos se usa desde anos atras para renderizar escenas estaticas (fotos) o incluso en el cine, ya que a pesar de su inmenso costo computacional una vez que los graficos digitales han sido procesados ya no se tienen que volver a calcular. Hasta ahora las tarjetas graficas mas potentes del mundo no pueden mantener unos altos FPS estables con trazado de rayos activado, por lo que las companias que desarrollan este tipo de tarjetas optan por mantener un alto framerate en lugar de una calidad superior a la conocida como
maxima
. El trazado de rayos esta orientado sobre todo a videojuegos, aunque tambien se ha implementado en benchmarks dedicados, los cuales pretenden puntuar a una tarjeta grafica tanto por su rendimiento como por su capacidad de sacar adelante esta tecnologia.
Historia
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Descripcion del trazado de rayos en 1532
La idea del trazado de rayos viene de aproximadamente el siglo
XVI
cuando fue descrito por
Albrecht Durer
.
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En 1982, Scott Roth uso el termino
emision de rayos
en el contexto de graficos por computadora, aunque se trata de una version mucho menos precisa del trazado de rayos que no incluye refraccion ni reflexion de la luz.
Funcionamiento del algoritmo
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Tres esferas, reflejandose en el suelo y unas en otras.
En el algoritmo de emision de rayos se determinan las superficies visibles en la
escena
que se quiere sintetizar trazando rayos desde el observador (
camara
) hasta la escena a traves del
plano
de la imagen. Se calculan las intersecciones del rayo con los diferentes objetos de la escena y aquella interseccion que este mas cerca del observador determina cual es el objeto visible.
El algoritmo de trazado de rayos extiende la idea de trazar los rayos para determinar las superficies visibles con un proceso de sombreado (calculo de la intensidad del
pixel
) que tiene en cuenta efectos globales de iluminacion como pueden ser reflexiones, refracciones o sombras arrojadas.
Para simular los efectos de
reflexion
y
refraccion
se trazan rayos recursivamente desde el punto de interseccion que se esta sombreando dependiendo de las caracteristicas del material del objeto intersecado.
Para simular las sombras arrojadas se emiten rayos desde el punto de interseccion hasta las fuentes de luz. Estos rayos se conocen con el nombre de rayos de sombra.
El algoritmo basico de trazado de rayos fue mejorado por Robert Cook (1985) para simular otros efectos en las imagenes mediante el muestreo
estocastico
usando un
metodo de Montecarlo
; entre estos efectos podemos citar el
desenfoque de movimiento
, la profundidad de campo o el submuestreo para
suavizar los bordes
de la imagen resultante.
El trazado de rayos es capaz de reproducir imagenes realistas
En la actualidad, el algoritmo de trazado de rayos es la base de otros algoritmos mas complejos para sintesis de imagenes (
mapeado de fotones
, Metropolis, entre otros) que son capaces de simular efectos de iluminacion global complejos como la mezcla de colores o las
causticas
.
Esta tecnica fue introducida por empresas como
Pixar
en sus ordenadores de sobremesa destinados a la animacion por computadora. Esta tecnologia empezo a ser desarrollada por
NVIDIA
desde el ano 2013 y no fue hasta el ano 2019 que fue introducida en el mercado domestico con la arquitectura
Turing
para tarjetas de video innovando con un metodo para mejorar la calidad visual de videojuegos y objetos tridimensionales. El primero de los titulos en soportar la tecnologia de trazado de rayos de luz en tiempo real es el Battlefield V.
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Esta tecnologia tambien fue desarrollada por
Intel
y fue conocida con el nombre clave
Larrabee
para su serie de tarjetas graficas dedicadas de las cuales solo se crearon muestras de ingenieria y que nunca salieron al mercado. Una parte de dicha investigacion fue destinada para el desarrollo de los chips graficos en sus procesadores
Haswell
.
AMD
introducira esta tecnologia en sus tarjetas graficas
Navi
y en los
APU
de las consolas
PlayStation 5
y
Xbox Series X|S
.
Revision del algoritmo
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El trazado de rayos describe un metodo de imagenes visuales construidas en ambientes de
graficos en 3D
, con un mayor
fotorrealismo
que la emision de rayos o el renderizado mediante linea de escaneo. Este funciona trazando la linea visual de un ojo imaginario a traves de cada pixel en una pantalla virtual, y calculando el color del objeto visible a traves de ella.
Es un algoritmo todavia en desarrollo debido a su abundante gasto de recursos, se espera a que se optimice y se perfeccione en los proximos anos.
Vease tambien
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Referencias
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