निष्पक्ष प्रतिपादन (मान्यताओं के बिना प्रतिपादन)

कंप्यूटर ग्राफिक्स में, मान्यताओं के बिना प्रतिपादन एक प्रतिपादन तकनीक को संदर्भित करता है जो गणना में व्यवस्थित त्रुटियों, मान्यताओं या त्रुटियों का परिचय नहीं देता है। छवि प्राप्त की जाती है क्योंकि यह प्रकृति में होना चाहिए, और रेंडर सतहों या प्रकाश स्रोतों की गुणवत्ता के लिए सेटिंग्स नहीं है।


मैक्सवेल रेंडर का उपयोग करके छवि प्रदान की गई।


बुरे से शुरू करते हैं
जब एबेसिस दिखाई देते हैं, तो वे खराब रूप से अनुकूलित होते थे, और लोहा बहुत कमजोर था। यहां तक ​​कि क्वाड कोर भी दुर्लभ थे, कम से कम सीआईएस में। कई डिजाइनरों ने इस तथ्य को देखते हुए ऐसे रेंडर को छोड़ दिया कि उन्हें तस्वीर छोड़ने के लिए शोर के लिए बहुत लंबा इंतजार करना पड़ा। कई पेशेवरों के लिए वेरे में वैश्विक प्रकाश व्यवस्था स्थापित करना और फोटोशॉप में पोस्ट-प्रोसेसिंग को सामान्य रूप से 2-3 घंटे में करना, मैक्सवेल में रेंडर बटन को दबाने और स्वीकार्य गुणवत्ता के लिए प्रतीक्षा करने की तुलना में कहना है, 8 (या अधिक) घंटे। कभी-कभी किसी तरह के अपवर्तन से शोर दिनों के लिए दूर नहीं जाना चाहता था।

और उनके बारे में क्या अच्छा है?
शारीरिक रूप से सटीक प्रभाव:
- वैश्विक प्रकाश व्यवस्था , ( कास्टिक सहित);
- क्षेत्र की गहराई (डीओएफ) और शेक (मोशन ब्लर);
- उपसतह फैलाव ;
- कुछ रेंडर भी फैलाव का समर्थन करते हैं;
- नरम छाया, यथार्थवादी प्रतिबिंब, सामान्य रूप से, जीवन में सब कुछ जैसा है।

हम इन सभी प्रभावों को प्रतिपादन के पहले सेकंड से देखते हैं।
रेंडरिंग समय त्रिकोणों की संख्या पर बहुत कम निर्भर करता है, इससे संसाधनों को उनकी संख्या पर सहेजना संभव नहीं हो पाता है।

इसके अलावा, हार्डवेयर अभी भी खड़ा नहीं है, प्रोसेसर का प्रदर्शन धीरे-धीरे बढ़ रहा है, और अधिक दिलचस्प बात यह है कि वीडियो कार्ड ( जीपीजीपीयू ) पर सामान्य-उद्देश्य कंप्यूटिंग तकनीक के विकास के साथ, रेंडरर्स ने गणना के लिए GPU के shader कोर का उपयोग करना शुरू कर दिया। और खुद रेंडरिंग ने समान कम्प्यूटेशनल लागत पर सबसे अच्छी तस्वीर का उत्पादन करना शुरू कर दिया।

आइए देखते हैं
प्रतिपादन प्रक्रिया कैसी दिखती है:

कोर i5 2500 3.3GHz, मैक्सवेल रेंडर 2.6, 400k त्रिकोण, व्यक्तिगत रूप से 3ds मैक्स मॉडल में बनाया गया है।

मुलाकात के दिल में रेंडरिंग पथ विभिन्न प्रकार के अनुकूलन के साथ पथ अनुरेखण है।
(शायद कुछ आगंतुकों ने देखा कि मैंने पहले से ही GPU के लिए पथ को ट्रेस करने के बारे में पोस्ट प्रकाशित और प्रकाशित किया था। लेकिन मैंने विषय को गहराई से और अधिक व्यापक रूप से कवर करने का निर्णय लिया।)
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एल्गोरिथ्म

पाथ ट्रेसिंग (पीटी) मोंटे कार्लो एकीकरण पर आधारित है। जितने अधिक नमूने हम प्रति 1 पिक्सेल (पिक्सेल रंग = इस बिंदु पर सभी नमूनों के रंगों के अंकगणितीय औसत) की गणना करते हैं - उतना ही सटीक परिणाम।
एक नमूना एक किरण है, जो दृश्य (कैमरे से प्रकाश स्रोत तक) के माध्यम से प्रतिबिंब और अपवर्तन का मार्ग पारित करता है, छवि में एक निश्चित बिंदु पर चित्रित पिक्सेल का रंग बनाता है।
हमें तुरंत (लगभग बाद में) स्वरभंग के बाद छवि (शोर चित्र) का पूर्वावलोकन मिलता है।

नमूनों की संख्या अनंत नहीं हो सकती। "आदर्श" चित्र कभी नहीं होगा, इसमें अनंत समय लगेगा। यदि आंख को शोर दिखाई नहीं दे रहा है, तो रेंडरिंग को पूरा माना जा सकता है। (आमतौर पर 1000 - 10000 नमूने प्रति पिक्सेल, या 2-20 बिलियन नमूने प्रति FullHD छवि, विशेष मामलों में और भी अधिक)। आपको यह भी नहीं भूलना चाहिए कि थोड़ा शोर छवि को अधिक यथार्थवादी बनाता है।

किरणें जितनी अधिक जटिल पथ यात्रा करती हैं, उतनी ही धीमी गति से चलती है।
प्रकाश स्रोतों को प्रस्तुत करने का सबसे आसान तरीका। प्रकाश स्रोतों से किरणें सीधे कैमरे में आती हैं।
प्रकाश स्रोतों से प्रत्यक्ष किरणों द्वारा प्रकाशित वस्तुओं को प्रस्तुत करना अधिक कठिन है।
इससे भी अधिक जटिल एक प्रकाश स्रोत द्वारा प्रकाशित किसी अन्य वस्तु द्वारा रोशन की गई वस्तुएं हैं।
और इसी तरह। यह सुविधा बाहरी लोगों की तुलना में अंदरूनी के प्रतिपादन को अधिक कठिन बना देती है, इस सरल कारण के लिए कि आंतरिक में अधिक कंप्यूटिंग संसाधनों का उपयोग जटिल भागों की गणना के लिए किया जाता है।

बाएं से दाएं, सीधा प्रकाश, पहला प्रतिबिंब, दूसरा प्रतिबिंब, तीसरा प्रतिबिंब, परिणाम।

अधिकांश रेंडर में प्रतिबिंब और अपवर्तन की अधिकतम गहराई कॉन्फ़िगर करने योग्य है, और डिफ़ॉल्ट रूप से 8 के बराबर है।
कुछ (जैसे मैक्सवेल, फ्राई) में परावर्तन की गहराई बहुत बड़ी संख्या द्वारा सीमित होती है, और सतहों के मापदंडों पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, गहरे भूरे रंग की मेज के लिए प्रतिबिंब की बड़ी गहराई की गणना करने का कोई मतलब नहीं है, जबकि कांच के अंदर अपवर्तन की गणना करने के लिए, आपको प्रतिबिंब की गहराई बढ़ाने की आवश्यकता है।

शीतल छाया
पीटी में नरम छाया प्राप्त करने के लिए एल्गोरिथ्म काफी सरल है। सतह पर एक बिंदु की ओर कैमरे से निकलने वाली किरण को प्रकाश स्रोत पर एक मनमाना जगह ("यादृच्छिकता की डिग्री" दी गई सतह के मापदंडों पर निर्भर करती है) के लिए निर्देशित किया जाता है।
यदि बीम सफलतापूर्वक प्रकाश स्रोत (हरा) तक पहुंच गया है, तो इस पिक्सेल को वांछित रंग में पेंट करें।
यदि बीम रास्ते में एक बाधा (लाल) से मिलती है, तो स्क्रीन पर संबंधित पिक्सेल को चित्रित नहीं किया जाता है।
(वैसे, एल्गोरिथ्म किरण अनुरेखण में छायांकन के समान है)

प्रति पिक्सेल नमूनों की संख्या: बाईं ओर 1, दाईं ओर 5।
चित्रण प्रयोजनों के लिए, कोई माध्यमिक प्रतिबिंब नहीं हैं।

प्रतिबिंब और अपवर्तन
परावर्तक कार्य मुख्य रूप से खुरदरेपन की डिग्री पर निर्भर करता है। और खुरदरापन की डिग्री परिलक्षित बीम से विचलन की त्रुटि के परिमाण द्वारा निर्धारित की जाती है।


यदि विचलन की डिग्री = 0 है, तो हमें एक दर्पण छवि मिलती है। यदि 1 (या 100%) - तो घटना बीम किसी भी दिशा में परिलक्षित हो सकती है। 0 से 1 तक हमें खुरदरेपन के भिन्न अंशों का प्रतिबिंब मिलता है।

सतह खुरदरापन की डिग्री (0 से 1 तक)।
चिंतनशील फ़ंक्शन अधिक जटिल हो सकता है (उदाहरण के लिए, एक अनिसोट्रोपिक सतह )।

अपवर्तन के खुरदरापन एल्गोरिदम प्रतिबिंबों के समान है, केवल बीम ही वस्तु में प्रवेश करता है, इस वस्तु के अपवर्तक सूचकांक के अनुसार अपनी दिशा बदल रहा है।

सामग्री
सामग्री, एक नियम के रूप में, कई परतों से मिलकर होती है।

प्लास्टिक की सतह का सरलीकृत मॉडल।
कई एनीअस रेंडरिंग (मैक्सवेल, फ्राई, इंडिगो, लक्स) में वास्तविक उपसतह फैलाव की गणना करना संभव है। कुछ किरणें सतह के नीचे से गुजरती और तितर-बितर हो जाती हैं, जिससे परिणामस्वरूप छवि में सुधार होता है।

क्षेत्र की गहराई
फोटोग्राफी में ज्ञात प्रभाव पीटी में व्यावहारिक रूप से बिना किसी अतिरिक्त कम्प्यूटेशनल लागत के हासिल किया जाता है।

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ऑप्टिमाइज़ेशन विधि

महत्व का नमूना
"महत्वपूर्ण नमूनाकरण" आवश्यक है ताकि कंप्यूटर "स्वच्छ" क्षेत्रों पर कंप्यूटिंग शक्ति बर्बाद न करे। अक्सर, प्रत्यक्ष प्रकाश द्वारा रोशन की गई सतहों को "साफ" किया जाता है, जबकि अपवर्तित या प्रतिबिंबित प्रकाश द्वारा रोशन किए गए क्षेत्र बहुत लंबे समय तक शोर बने रहते हैं।

लाल रंग में हाइलाइट किए गए क्षेत्रों में शोर बढ़ा है।

द्विदिश पथ अनुरेखण
शुद्ध पीटी का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है। वर्चुअल कैमरा से निकलने वाली किरणें स्रोत तक पहुंचने की संभावना बहुत कम होती हैं और प्रकाश स्रोत के आकार पर निर्भर करती हैं। प्रकाश स्रोत जितना छोटा होता है, बीम के लिए उतना ही कठिन होता है कि उसमें "प्राप्त" किया जा सके।
BDPT एल्गोरिथ्म एक प्रकाश स्रोत से और एक कैमरे से एक साथ किरणों का उत्सर्जन करता है। यह आपको "दर्द रहित" दृश्य में प्रकाश के बिंदु स्रोतों को भी पेश करने की अनुमति देता है।
अधिकांश निष्पक्ष GPU रेंडरर्स में उपयोग किया जाता है।

महानगर प्रकाश परिवहन
MLT म्यूटिंग बीम एल्गोरिथ्म समान नमूनों के साथ कम शोर के लिए अनुमति देता है। एल्गोरिथ्म उन किरणों के "नोड्स" (प्रतिबिंब बिंदु) को संरक्षित करता है जो परिणामस्वरूप छवि को दृढ़ता से प्रभावित करते हैं, और बीम की मूल दिशा से मामूली विचलन पैदा करते हैं। यह बीम के मार्ग में अतिरिक्त नोड्स भी पेश कर सकता है। इसके बाद, यह जांचता है कि दिशा में परिवर्तन ने बीम की तीव्रता को कितना प्रभावित किया है, और यह निर्धारित करता है कि इस बीम के आगे उत्परिवर्तन करना है या नहीं।
सीपीयू का उपयोग करने वाले सभी निष्पक्ष रेंडर में उपयोग किया जाता है।
(उत्परिवर्तन किरणों के अनुकूलन के लिए एक और तरीका है - ऊर्जा पुनर्वितरण पथ अनुरेखण, लेकिन इसका उपयोग हर जगह नहीं किया जाता है, और इसके बारे में बहुत कम जानकारी है।)

यह कैसे काम करता है, आप वीडियो को अधिक स्पष्ट रूप से देख सकते हैं (एमएलटी बनाम बीडीपीटी)।


यहाँ हम अनुकूलन अनुकूलन के तरीकों में से प्रत्येक की प्रभावशीलता देख सकते हैं।


Voxelisation
रेंडर करने से पहले, voxelization आवश्यक है ताकि कार्यक्रम एक किरण के साथ चौराहे की संभावना के लिए सभी त्रिकोणों की जांच न करे। एल्गोरिथ्म अंतरिक्ष के उन क्षेत्रों को त्यागता है जिसमें बीम के रास्ते में त्रिकोण नहीं हो सकते हैं।
हर बार ज्यामिति में परिवर्तन होने पर या नई वस्तुएं जोड़ने पर वस्तुओं को स्वरबद्ध किया जाना चाहिए। लेकिन यह आवश्यक नहीं है कि कैमरे को स्थानांतरित करते समय, वस्तुओं या पर्यावरण की सामग्री को बदल दिया जाए।
इसके अलावा, पीटी में एक voxel रेंडरिंग एल्गोरिदम पेश किया जा सकता है।
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GPU
इस तथ्य के कारण कि आधुनिक जीपीयू सीपीयू की तुलना में फ्लोट गणना के साथ सामना करते हैं, पथ का पता धीरे-धीरे उनके कंधों पर लगाया जाता है।

वास्तविक समय प्रतिपादन
उत्साही पहले से ही पीटी का उपयोग करके गेम बनाना शुरू कर चुके हैं। यदि आप एक पर्याप्त शक्तिशाली कार्ड (आप सीपीयू पर खेलने की कोशिश कर सकते हैं, लेकिन यह बहुत धीमा हो जाएगा ) आप खुद गेम को आज़मा सकते हैं (ओपनसीएल का उपयोग करता है ) ।


निम्नलिखित वीडियो के लेखक (मैं उनकी साइट देखने की सलाह देता हूं) का दावा है कि निकट भविष्य में पीटी ग्राफिक्स इंजन का उपयोग खेलों में किया जाएगा। यह वीडियो वास्तविक समय में 2 GTX580 का उपयोग करके प्रस्तुत किया गया है।


GPU का उपयोग कैसे करें
CUDA - सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर आर्किटेक्चर आपको C ++ को संकलित करने और एनवीडिया ग्राफिक्स कार्ड पर गणना करने की अनुमति देता है।
ATIFirestream केवल ATI कार्ड के लिए ही है।
OpenCL सभी OpenCL- संगत (सबसे आधुनिक सीपीयू और GPU) उपकरणों पर कंप्यूटिंग के लिए एक रूपरेखा है।
DirectCompute - Microsoft का एक ढांचा, जो DX10 के समर्थन के साथ वीडियो कार्ड द्वारा समर्थित है।
GLSL एक shader प्रोग्रामिंग लैंग्वेज है जो सभी ग्राफिक्स एक्सेलेरेटर पर काम करती है।

निम्नलिखित वीडियो विभिन्न प्रोग्रामिंग प्लेटफार्मों का उपयोग करके कंप्यूटिंग भौतिकी की गति को प्रदर्शित करता है। और भौतिकी, ग्राफिक्स की तरह, अच्छे फ्लोटिंग-पॉइंट प्रदर्शन की आवश्यकता होती है, इसलिए मुझे लगता है कि यह वीडियो इस लेख पर लागू होता है।

( GLSL CUDA स्तर पर गति प्रदर्शित करता है, क्यों, तब, GLSL पर PT मौजूद नहीं है? )
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और बहुत कुछ

सबसे प्रसिद्ध anbias प्रस्तुतियाँ:
मैक्सवेल रेंडर सबसे लोकप्रिय निष्पक्ष रेंडर है।
इंडिगो के पास इंडिगो का GPU प्रतिपक्ष है।
FryRender रैंडमकंट्रोल से रेंडर, एक GPU समकक्ष है - Arion रेंडर।
LuxRender ओपन सोर्स रेंडर, में GPU त्वरण के लिए समर्थन है। साइट पर आप पूरी तरह से जीपीयू रेंडर भी पा सकते हैं - स्मॉललक्सजीपीयू।
ऑक्टेन रेंडर पूरी तरह से GPU रेंडर है।
iRay नवीनतम 3ds Max के साथ बॉक्स में स्थित है, CUDA और एक प्रोसेसर का उपयोग करता है।
साइकिल रेंडर (ब्लेंडर में एकीकृत, CUDA और OpenCL दोनों का समर्थन करता है)।

लोकप्रिय पतन
एक लोकप्रिय गलत धारणा है कि वी-रे आरटी एक एनिअस रेंडर है। नहीं, यह नहीं है। यह अनुकूली एंटीएलियाजिंग किरण अनुरेखण है । बेशक, छायांकन करना और प्रदान करना पथ अनुरेखण एल्गोरिथ्म के समान है। लेकिन वैश्विक प्रकाश और कास्टिक उस समय की सामान्य सेटिंग्स के अधीन रहते हैं, और उन्हें प्रत्येक विशिष्ट मामले के लिए समायोजित किया जाना चाहिए।
वही बन्क्सपीड हाइपरशॉट और लक्सियन कीशॉट (पुराने संस्करण, आईरे पर स्विच करने से पहले) के लिए जाता है।

संक्षेप में:
वी-रे ओल्डफैग्स कहेंगे कि वे वीरा में सभी सुंदरता कर सकते हैं और वे सही होंगे। सब के बाद, प्रतिपादन मुख्य बात नहीं है। मुख्य बात एक कलाकार है जिसमें एक सिर, सीधे हाथ और आत्मा में रचनात्मकता है!
लेकिन निष्पक्ष रेंडरिंग हमें रेंडर की तकनीकी सेटिंग्स पर ध्यान नहीं देने में मदद कर सकते हैं, बल्कि रचनात्मक प्रक्रिया पर ध्यान केंद्रित करने में मदद कर सकते हैं।