GPU पथ अनुरेखण, भाग 1

लोहा और प्रतिपादन
सबसे लोकप्रिय प्रोसेसर आर्किटेक्चर आज x86-64 हैं। उन्हें CISC के रूप में वर्गीकृत किया गया है। उनके पास कमांड का एक विशाल सेट है, जिसके कारण चिप पर कोर का एक बड़ा क्षेत्र होता है। बदले में, एक चिप पर कई कोर को लागू करने में कठिनाई हुई। X86 प्रोसेसर बहु-थ्रेडेड कंप्यूटिंग के लिए आदर्श नहीं हैं, जहां कई छोटे निर्देश सेट (RISC) निष्पादन की आवश्यकता होती है।
बदले में, प्रतिपादन एक एल्गोरिथ्म है जिसे लगभग असीमित संख्या में कोर के समानांतर किया जा सकता है।

निष्पक्ष प्रतिपादन
इस तथ्य के मद्देनजर कि लोहे की उत्पादकता लगातार बढ़ रही है, तकनीकी मुद्दों (उदाहरण के लिए, वी-रे में सामग्री के प्रतिबिंबों का नमूनाकरण, एंटीएलियासिंग में गैसों की मात्रा, गति धुंधला, क्षेत्र की गहराई, नरम छाया) लोहे के कंधों पर तेजी से बढ़ रही है। तो, कुछ साल पहले, पहला वाणिज्यिक निष्पक्ष रेंडर दिखाई दिया - मैक्सवेल रेंडर।
इसका मुख्य लाभ अंतिम तस्वीर की गुणवत्ता, न्यूनतम सेटिंग्स, सभी प्रकार के "पूर्वाग्रह" था। समय के साथ, तस्वीर की गुणवत्ता "आदर्श" के करीब पहुंच जाती है। और दोष यह है - समय प्रतिपादन है। शोर कम होने तक इंतजार करने में बहुत लंबा समय लगा और कई लोगों ने कई परीक्षणों के बाद तुरंत इसे मना कर दिया। एनीमेशन के साथ चीजें और भी बदतर थीं (स्पष्ट कारणों के लिए)।



एल्गोरिथ्म
1. बीम (स्क्रीन पर एक विशिष्ट पिक्सेल के लिए शुरुआती बिंदु) कैमरे से जारी किया गया है।
2. जांचें कि क्या ज्यामिति तत्वों में से एक बीम को पार कर गया है। यदि नहीं, तो चरण 1 पर जाएं।
3. बीम के चौराहे के बिंदु और कैमरे के निकटतम ज्यामिति का निर्धारण करें।
4. प्रकाश स्रोत की ओर चौराहे के बिंदु से एक नया बीम जारी करें।
5. यदि चौराहे के बिंदु और प्रकाश स्रोत के बीच बीम में कोई बाधा है, तो चरण 7 पर जाएं
6. पिक्सेल को रंग से भरें (सरलीकृत, किसी दिए गए बिंदु पर सतह का रंग, किरण के संपर्क के बिंदु पर प्रकाश स्रोत की तीव्रता से गुणा)
7. एक अनियंत्रित दिशा में चौराहे बिंदु से एक नई किरण जारी करें, चरण 2 पर जाएं जब तक कि अधिकतम संख्या तक प्रतिबिंब नहीं पहुंचता है (ज्यादातर मामलों में 4-8, यदि दृश्य में बहुत अधिक प्रतिबिंब या अपवर्तन होते हैं, तो यह संख्या बढ़नी चाहिए)।


"शोर" चित्र का एक उदाहरण।

अच्छी गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए प्रति पिक्सेल नमूनों की संख्या हजारों में मापी जा सकती है। उदाहरण के लिए, 10 हजार (दृश्य के आधार पर)
प्रति छवि किरणों की संख्या FullHD 2mpix * 10 हजार - 20 बिलियन।
पथ अनुरेखण के अनुकूलन के कई प्रकार हैं: द्वि-दिशात्मक पथ अनुरेखण, मेट्रोपोलिस लाइट ट्रांसपोर्ट, ऊर्जा पुनर्वितरण पथ अनुरेखण, किरणों को "जहां आवश्यक हो।" सीपीयू पर अधिकांश रेंडर इस उद्देश्य के लिए एमएलटी एल्गोरिथ्म (मैक्सवेल, फ्राई, लक्स) का उपयोग करते हैं।

GPU भूमिका
एल्गोरिथ्म फ़्लोटिंग पॉइंट ऑपरेशन का पुन: उपयोग करता है, और इस एल्गोरिथ्म के लिए मल्टीथ्रेडिंग महत्वपूर्ण है। इसलिए, यह कार्य धीरे-धीरे GPU द्वारा ही स्वीकार किया जाता है।
मौजूदा प्रौद्योगिकियां: CUDA, फायरस्ट्रीम, ओपनसीएल, डायरेक्ट कॉमप्यूट, और यह सीधे शेडर्स पर प्रोग्राम लिखना भी संभव है।



स्थिति इस प्रकार है:
CUDA - सभी को लिखें और विविध (iRay, ऑक्टेन रेंडर, एरियन रेंडर, साइकल, आदि)।
फायरस्ट्रीम - कुछ भी दिखाई नहीं दे रहा है।
ओपनसीएल - स्मॉल लक्सजीपीयू, साइकिल, इंडिगो रेंडर। कोई भी इसे गंभीरता से नहीं लेता प्रतीत हो रहा है।
DirectCompute - कुछ भी दिखाई नहीं दे रहा है।
शेडर्स सिर्फ एक उदाहरण हैं। शेड्स पर पथ अनुरेखण के वेबजीएल कार्यान्वयन।

रेंडरिंग की तुलना भाग 2 में होगी।