▷ Qu'est-ce que la pixellisation et quelle est sa différence avec le lancer de rayons

Après la sortie imminente des nouvelles cartes graphiques Nvidia RTX. Nous voulions écrire un article sur ce qu'est la pixellisation et quelle est sa différence avec Ray Tracing. Prêt à tout savoir sur cette technologie? Commençons!

Qu'est-ce que les différences de tramage et de lancer de rayons

Le graphisme en temps réel sur PC utilise depuis longtemps une technique appelée «pixellisation» pour afficher des objets en trois dimensions sur un écran en deux dimensions. C'est une technique rapide et les résultats sont devenus très bons au cours des dernières années, bien que ce ne soit pas aussi bon que le lancer de rayons.

Avec la technique raster, les objets que vous voyez à l'écran sont créés à partir d'un maillage de triangles virtuels, ou polygones, qui créent des modèles d'objets en trois dimensions. Dans ce maillage virtuel, les coins de chaque triangle, appelés sommets, coupent les sommets d'autres triangles de tailles et de formes différentes. Pour cette raison, beaucoup d'informations sont associées à chaque sommet, y compris sa position dans l'espace, ainsi que des informations sur la couleur, la texture et sa «normale», qui sont utilisées pour déterminer comment la surface d'un objet fait face..

Les ordinateurs convertissent ensuite les triangles des modèles 3D en pixels ou points sur un écran 2D. Chaque pixel peut se voir attribuer une valeur de couleur initiale à partir des données stockées aux sommets du triangle. Un traitement supplémentaire des pixels ou «ombrage», qui comprend la modification de la couleur des pixels en fonction de la façon dont les lumières de la scène ont frappé le pixel, et l'application d'une ou plusieurs textures au pixel, se combinent pour générer la couleur finale appliquée à un pixel.

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Cela demande beaucoup de calculs, car il peut y avoir des millions de polygones utilisés pour tous les modèles d'objets dans une scène et environ 8 millions de pixels sur un écran 4K. À tout cela, il faut ajouter que chaque image affichée sur un écran se met généralement à jour 30 à 90 fois par seconde. En outre, les tampons de mémoire, l'espace temporaire mis de côté pour accélérer les choses, sont utilisés pour rendre les images à l'avance avant de les afficher à l'écran.

Une profondeur ou "z-buffer" est également utilisée pour stocker des informations de profondeur de pixel afin de garantir que les objets avant à l'emplacement xy de l'écran d'un pixel sont affichés et que les objets derrière l'objet le plus avant restent cachés. C'est la raison pour laquelle les jeux informatiques modernes et riches en graphisme s'appuient sur des GPU puissants, capables de plusieurs millions de calculs par seconde.

Ray Tracing fonctionne d'une manière totalement différente. Dans le monde réel, les objets 3D que nous voyons sont éclairés par des sources lumineuses et les photons qui composent la lumière peuvent rebondir d'un objet à un autre avant d'atteindre les yeux du spectateur. De plus, la lumière peut être bloquée par certains objets, créant des ombres, ou la lumière peut être réfléchie d'un objet à un autre, comme lorsque nous voyons les images d'un objet réfléchies à la surface d'un autre. Nous avons également des réfractions qui provoquent un changement de vitesse et de direction de la lumière lorsqu'elle passe à travers des objets transparents ou semi-transparents, tels que le verre ou l'eau.

Ray Tracing reproduit ces effets, c'est une technique qui a été décrite pour la première fois par Arthur Appel d'IBM, en 1969. Cette technique trace le chemin de la lumière qui traverse chaque pixel sur une surface de visualisation 2D et le transforme en un modèle 3D de la scène. La percée majeure suivante est survenue une décennie plus tard dans un article de 1979 intitulé «Un modèle d'éclairage amélioré pour les écrans ombrés», Turner Whitted, maintenant membre de Nvidia Research, a montré comment capturer la réflexion, l'ombre et la réfraction avec le Ray Tracing.

Avec la technique Whitted, lorsque la foudre frappe un objet dans la scène, les informations de couleur et d'éclairage au point d'impact sur la surface de l'objet contribuent à la couleur des pixels et au niveau d'éclairage. Si le faisceau rebondit ou traverse les surfaces de différents objets avant d'atteindre la source de lumière, les informations de couleur et d'éclairage de tous ces objets peuvent contribuer à la couleur finale du pixel.

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Une autre paire de documents dans les années 80 a jeté les bases intellectuelles de la révolution de l'infographie, qui a bouleversé la façon dont les films sont réalisés. En 1984, Robert Cook, Thomas Porter et Loren Carpenter de Lucasfilm ont expliqué en détail comment Ray Tracing pouvait incorporer diverses techniques cinématographiques courantes telles que le flou de mouvement, la profondeur de champ, la pénombre, la translucidité et les reflets flous qui, jusque-là, seuls ils pourraient être créés avec des caméras. Deux ans plus tard, le travail du professeur CalTech Jim Kajiya, "The Rendering Equation", a achevé le travail de cartographie de la façon dont les graphiques informatiques ont été générés à la physique pour mieux représenter la façon dont la lumière diffuse. dans une scène.

En combinant toutes ces recherches avec des GPU modernes, les résultats sont des images générées par ordinateur qui capturent les ombres, les réflexions et les réfractions d'une manière qui ne peut pas être distinguée des photos ou des vidéos du monde réel. Ce réalisme est la raison pour laquelle Ray Tracing est venu à la conquête du cinéma moderne. L'image suivante générée par Enrico Cerica à l'aide d'OctaneRender, montre une distorsion des traits de verre dans la lampe, un éclairage diffus dans la fenêtre et du verre dépoli dans la lanterne au sol, reflétés dans l'image du cadre.

Ray Tracing est une technique extrêmement gourmande en énergie, c'est pourquoi les cinéastes s'appuient sur un grand nombre de serveurs ou de fermes pour créer leurs scènes dans un processus qui peut prendre des jours, voire des semaines, pour générer des effets spéciaux complexes. Sans aucun doute, de nombreux facteurs contribuent à la qualité globale des graphiques et des performances de lancer de rayons. En fait, parce que le lancer de rayons est si intense en termes de calcul, il est souvent utilisé pour représenter les zones ou les objets d'une scène qui bénéficient le plus de la qualité visuelle et du réalisme de la technique, tandis que le reste de la scène il est traité par tramage.

Qu'avez-vous pensé de notre article sur ce qu'est la pixellisation? L'avez-vous trouvé intéressant? Nous attendons vos commentaires avec impatience!