Spektral Ray Tracing teknolojisinin kullanıma alınması

Spektrum üzerinden ray tracing’i anlamak

Ray tracing’de dalga boyunun neden önemli olduğu ve spektral ray tracing’in bilgisayar sanatına etkisine dair arka plan açıklaması

Ray tracing

• Sahneyi "aydınlatmak" için ışınların sanal kamera ile ışık kaynakları arasında sanal nesnelerden tekrar tekrar sekerek izlediği yolu modelleme
• Performans için birçok kestirme kullanılır
  • Örn: ışık kaynağından kameraya giden ışın yolunu tersine izlemek
  • Işınları, "renk"e karşılık gelen RGB vektörlerini taşıyan parçacıklar gibi ele alıp dalga özelliklerini yok saymak
• RGB kestirmesi, gözlerimizin çalışma biçimi sayesinde iyi sonuç verir
  • Gözümüzde dalga boyuna duyarlı üç tür renk algılayıcı hücre vardır (SML koni hücreleri)

Spektral bakış

• Gördüğümüz renkler nadiren tek bir dalga boyundan oluşur; çoğu, birçok dalga boyunun toplamı olan SPD (spectral power distribution) ile oluşur
• Tek bir renk birden fazla SPD’ye karşılık gelebilir (metamerism)
  • Örn: sarı, 580nm dalga boyuna karşılık gelir ama kırmızı ve yeşil ışığın karışımıyla da yeniden üretilebilir
• SPD’den renge dönüşüm tamamen matematiksel olarak mümkündür (CIE 1931 renk uzayı)
  • Fizik, fizyoloji ve öznel deneyim arasında nicel bir bağ

Dalga boyunun önemli olduğu durumlar

• Işının dalga özelliklerinin, sahneden geçerken izlediği yolu doğrudan etkilediği durumlar
  • Örn: dağılım (prizma), ince film girişimi (sabun köpüğündeki gökkuşağı desenleri)
• İnce film girişimi, tek tek dalga boylarına göre spektrumu ayırmak yerine spektrumun bazı bölümlerinin katkısını artırıp azaltarak camgöbeği, kahverengimsi tonlar gibi tayfsal olmayan renkler üretir

Spektral ray tracing ve bilgisayar sanatı

• Işının dalga özelliklerini hesaba katan ray tracing
• RGB renkleri yerine sahnedeki her piksel için SPD üretip, ışının dalga boyu ve fazını kullanarak rengi daha iyi tahmin etme
• Işığın hareketini yöneten bazı yasaları bilerek bozduğunuzda ne olacağına dair merak uyandırıyor
  • Bizim dünyamızdan biraz farklı bir evrende kodla kamera inşa etmek
• JavaScript ve GLSL ile yazılmış spektral ray tracer kullanılarak üretilen eserler tanıtılıyor

GN⁺ görüşü

• Bilgisayar grafiklerinde gerçekçi render almak için dikkate alınması gereken fiziksel olguları iyi açıklıyor
  • Özellikle bunu gözlerimizin rengi algılama biçimiyle ilişkilendirerek anlatan bölüm etkileyici
• Sanat eseri üretiminde doğrudan kullanılan örnekler gösterildiği için teorik içeriğin pratikte nasıl uygulandığını görmek faydalı
  • Ray tracing yaklaşımını değiştirerek gerçek dışı ama güzel görüntüler üretmesi ilgi çekici
• Spektral ray tracing teknolojisi, optik simülasyonun yanı sıra bilimsel veri görselleştirme, VR/AR, film CG gibi çeşitli alanlarda da kullanılabilir gibi görünüyor
• Derin öğrenme tabanlı render teknolojileri geliştikçe, geleneksel ray tracing’in sınırlarını aşmaya yönelik girişimler sürüyor
  • Gelecekte ne tür yenilikçi render teknolojilerinin ortaya çıkacağını merak ettiriyor

[GN⁺]

Hacker News görüşleri

• Ücretsiz e-kitap "Ray Tracing Gems II", modern API'ler ve donanım hızlandırma kullanan gerçek zamanlı GPU ray tracing konusunu ele alıyor ve spektral renderinge dair bir bölüm içeriyor (Chapter 42: Efficient spectral rendering on the GPU for predictive rendering)
• Mitsuba, Maxwell, Wētā FX'in Manuka'sı gibi spektral ray tracer örnekleri veriliyor
  • Mitsuba: Açık kaynaklı bir araştırma renderer'ı. Diferansiyellenebilir rendering gibi çeşitli özellikler sunuyor
  • Maxwell: Doğruluğu farklı iki spektral mod sunuyor. Daha karmaşık olan yaklaşım optikte sık kullanılıyor
  • Manuka: Spektral tabanlı ve birçok filmde kullanıldı
• Asıl gönderi yazarının yorumu:
  • Spektral rendering, ray tracing'in kendisinin renderingin nihai varış noktası olmadığının bir örneği. Gerçek zamanlı ray tracing ile renderingin çözüldüğünü söyleyenler var ama bu gerçeklerden uzak
  • Spektral rendering sistemlerinin çoğu ince film girişimi ya da dalga tabanlı diğer efektleri ele almıyor. Gerçek dünyada şaşırtıcı derecede fazla detay var
• Hiperspektral (3 kanaldan fazla) görüntü üretimi önerisi:
  • Spektrumu öne çıkararak çocuklara renk eğitimi vermekte kullanılabilir
  • Hiperspektral görüntüler ve kameralar nadir ve geleneksel olarak pahalıydı, ancak sentetik görüntülerle ikame edilebilir
  • Çok düşük çözünürlüklü tarayıcı içi bir renderer ile ışıklandırma ve malzemeler belki etkileşimli şekilde ele alınabilir
  • Alışılmadık renk görüşü, katarakt alındıktan sonra UV'yi de görebilen insanlar, renk körü memeliler veya dört renk gören koi balıkları gibi bakış açılarından rendering yapılabilir
• Bizzat ray tracing uygulamayı denemek şaşırtıcı derecede kolay. Ücretsiz kitaplar ya da Unity tabanlı GPU eğitimleri öneriliyor
  • Temel bir uygulamayla oynayarak sezgi kazanılabilir (ör. ışınları nesnelere çekilen ya da nesnelerden itilen parçacıklar gibi uygulamak, son yansıma açısını hatırlayıp bunu sonraki malzemede kullanmak)
  • Çoğu görsel olarak pek iyi görünmüyordu ama sezgi kazandırabiliyordu. Kamerayı azar azar hareket ettirmek de yardımcı oluyor
• Güzellik amacıyla yapılan değişikliklerin başka görselleştirmelerde de yararlı olup olamayacağı merak ediliyor
• Dağıtık bir ray tracer'a kırılma eklenmeye çalışılıyor
  • Frekans rastgele örnekleniyor, renk hesaplanıyor ve ışın rengi modüle ediliyor
  • Saf kırılma rengi 1/3 parlaklıkta olduğu için sonuca 3 ile çarpmak gerekiyor
• Yazının sonunda paylaşılan artwork hakkında daha fazla şey öğrenmek isteniyor. Işığın bizden farklı davrandığı bir gerçekliği render etme fikri çekici bulunuyor
• RGB pikseller yerine spektral dağılımı modellemenin ray tracing performansını nasıl etkilediği anlaşılmak isteniyor