レイトレーシングとオブジェクトベースのレンダリング

通常、イントログラフィックコースには、シーンをレンダリングするレイトレーサーを構築するように求めるプロジェクトがあります。大学院に入学する多くのグラフィックス学生は、レイトレーシングに取り組みたいと言っています。それでも、レイトレーシングはSIGGRAPHなどの会場ではデッドフィールドのようです。

レイトレーシングは、必要なすべての照明などを使用してシーンを正確にレンダリングするための本当に最良の方法ですか？また、レイトレーサーのパフォーマンスが低下する（非インタラクティブな読み取り）だけで、面白くなりますか？

レイトレーシングは非常に優れた直感的なアルゴリズムであり、ラスタライズよりも物理的に現実的なシーンのイルミネーションの記述方法ですが、

• レイトレーシングは遅くなります。特に、ラスタライズと区別するより現実的な効果（屈折、反射、モーションブラー、ソフトシャドウなど）を実装する場合、これはピクセルあたりの光線の作成が増えるためです。
• ほとんどの人は、本当の効果と偽の効果の違いを見分けることができません。これが重要なポイントだと思います。実用的なレンダリングアルゴリズムの目標は、シーンのフォトリアリスティックな表現を最も効率的な方法で作成することです。現在、ラスタライズは多くのハックを使用しますが、これを非常にうまく実現します。
• ラスタライズレンダラーと比較して、レイトレーシングには他にも多くの実用的な制限があります。アンチエイリアシングとディスプレイスメントマッピングが不十分で、インスタンス化が制限されているなどです。

映画などの非対話型アプリケーションでも、レイトレーシングはその制限のためほとんど使用されません。Pixarは、特定の反射効果（映画「車」のレイトレーシング）に対してのみ、車でレイトレーシングの使用を開始しました。

以下は、レイトレーシングの現在の状態とその長所と短所を詳細に説明した優れた記事です。レイトレーシングの状態（ゲーム内）。

基本的なレイトレーシングには、環境光に関連する大きな問題があります。ほとんどの照明モデルは、周囲光をエーテルに浸透する一定の要因として扱います。レイトレーシングは反射の計算には優れていますが、数値の不安定性と複雑な表面交差テストに悩まされています。レイトレーシングは、ハードウェアアクセラレーションレンダリングではうまく機能しない場合があります。これは、特定のピクセルの照明を決定する際に再帰が大きな役割を果たすためです。基本的なレイトレーシングは計算上非常に高価です。

ラジオシティは、環境内のすべてのオブジェクトを光源として扱い、レイトレーシングよりも何らかの現実的な照明モデルを生成するという点で、環境光をより適切に処理します。ラジオシティソリューションでは、シーン内に一定数のポリゴンがあり、計算はハードウェアアクセラレーションに適しています。

最終的に、レイトレーシングはシーンをレンダリングする最良の方法ではありませんが、優れたレンダリング戦略のコンポーネントです。高コストの計算コストと貧弱な環境照明は、レイトレーシングに対する大きな打撃です。研究トピックとして作業が進行中ですが、ハードウェアアクセラレーションに焦点を当てているようです。

レイトレーシング/パストレーシングが死んでいるとは言いません...この分野の多くの関連アルゴリズムの固有の並列性と速度の組み合わせにより、この分野で一般的な関心がかなり復活しています。 1秒あたり数百万の光線を計算できるGPUベースのシステム。それに加えて、CUDAやOpenCLなどのより一般的な言語が可能にするレンダリングパイプラインの柔軟性により、開発者は初期GPGPU手法のようにOpenGLグラフィックパイプラインを明示的に使用しなくてもGPUの並列機能を活用できます。継続的なパストレーシング研究の主な主な例には次のものがあります。

• ダニエル・ポールなど、Intel Advanced Renderグループの研究
• NvidiaのOptixエンジン
• 過去1年間のSIGGRAPHには、モンテカルロ画像合成に関するいくつかのコースと、最新の光子密度推定技術に関する議論が含まれていました。

最後に、ポイントベースのグローバルイルミネーション、フォトンマッピングおよび関連する最適化、高度な外観モデリング（データ駆動型メソッドを含む）、放射照度キャッシュなどを含む、グローバルイルミネーション問題の最適化手法に関する多くの研究があります。