Işın izleme

Grafik tasarımda kullanılan ışın izleme, görüntüleri oluşturmak için ışığın piksellerden geçtiği yolu kullanma eylemidir. Işın izleme, ışık ışınlarının karşılaştıkları nesneler üzerindeki etkilerini simüle eder. Işın izleme ile oluşturulan görüntüler genellikle daha kalitelidir ve daha yüksek bir gerçekçilik derecesine sahiptir, ancak tamamlanması daha uzun sürer ve daha fazla bilgi işlem gücü gerektirir. Bu nedenle, ışın izleme çoğunlukla hareketsiz görüntüler oluşturmak için kullanılır.

Örneğin, ışın izleme filmde kullanılabilir, çünkü görüntüler post prodüksiyonda yapılabilir ve bu nedenle bol zaman olur. Buna karşılık, video oyunları daha hızlı görüntü işleme gerektirir; bu nedenle ışın izleme en iyi seçenek değildir.

Işın izleme nasıl çalışır?

Işın izleyici adı verilen yazılım, tek tek ışık ışınlarının sanal bir ışık kaynağından sanal bir kamera merceğine yolculuğunu simüle eder. Sanal ışık ışını, sis veya duman gibi hacimsel atmosferlerden geçebilir ve örneğin metal, cam veya su gibi malzeme yüzeyleriyle etkileşime girebilir. Bu nesnelerin her biri, ışın izleyici tarafından oluşturulan sahnenin görünümünü etkilemek için sanatçılar ve mühendisler tarafından tasarlanmış ve modellenmiştir. Gelişmiş ışın izleyiciler, ışığın karmaşık davranışlarını simüle etmek için yansıma, radyosite ve kostik gibi ek hesaplamalar uygulayabilir.

Ne kadar sürer?

Işın izleme son derece gerçekçi görüntüler üretebilir, ancak hesaplama açısından pahalıdır ve bu nedenle çok yavaştır. Örneğin, Pixar tarafından 2013’te yayınlanan bilgisayar animasyonlu Canavarlar Üniversitesi filminin her hareketsiz karesinin oluşturulması 29 saat sürdü. Saniyede 24 kare ile 110 dakikalık film yaklaşık 160.000 kareye sahiptir. Pixar, hesaplamayı dağıtmak için devasa bir işleme çiftliği kullandı ve birkaç ay içinde tamamladı. Tek bir bilgisayarda, filmin render işlemini tamamlaması dört buçuk milyon saat (524 yıl) sürerdi.

Tüm oluşturucular ışın izleyici değildir

Hesaplanması uzun zaman aldığından, son işleme için genellikle ışın izleme kullanılır. Ara veya önizleme oluşturma işlemleri genellikle daha düşük kaliteli bir görüntüyü hızla üreten “daha ucuz” oluşturucularla gerçekleştirilir. Örneğin, Blender, ışın izleme gerçekleştirmek için Döngü Oluşturucu’yu veya fotogerçekçi olmayan görüntüleri hızlı bir şekilde oluşturmak için Blender Dahili Oluşturucu’yu kullanır.

GPU’da ışın izleme

Geleneksel olarak, ışın izleme GPU tarafından değil CPU tarafından gerçekleştirilir. Bir GPU’nun donanımı, video oyunları gibi gerçek zamanlı grafik uygulamalarını geliştirmek için mümkün olduğu kadar çok FPS (saniyede kare) pompalamak üzere tasarlanmıştır. Buna karşılık, ışın izleme genellikle yavaş bir süreçtir ve fotogerçekçi kalite için gerçek zamanlı hızdan ödün verir. Bu nedenle, ışın izleme yazılımı GPU donanımında çalışacak şekilde tasarlanmamıştır ve GPU donanımı ışın izleme gerçekleştirecek şekilde tasarlanmamıştır.

Ancak 13 Ağustos 2018’de NVidia, ışın izlemeyi gerçek zamanlı olarak gerçekleştirebilen yeni Turing grafik işleme mimarisini duyurdu. Turing mimarisini kullanan ilk GPU’lar olan Quadro RTX’in 2018’in sonunda piyasaya sürülmesi planlanıyor.

Işın izleme yazılımı

Aşağıdakiler, indirilebilecek veya satın alınabilecek ışın izleme yazılımı örnekleridir.

• Autodesk 3ds max — Öncelikli olarak mimarlar gibi CAD kullanıcılarını hedefleyen tescilli bir 3B modelleme, animasyon ve işleme uygulaması.

• Autodesk Maya — 3ds max’a benzer, ancak karakter animasyonuna odaklı.

• Blender — Ücretsiz, açık kaynaklı bir 3B modelleme, animasyon ve işleme uygulaması.

• Bryce – 1994 yılında tanıtılan bir fraktal peyzaj jeneratörü.

• Cinema 4D — Film yapımcıları ve hareketli grafik sanatçıları için, öğrenmesi kolay olarak tanıtılan, prosedürel efektlere sahip bir 3B modelleme, animasyon ve işleme uygulaması.

• Houdini — Simüle edilmiş fizik, akışkanlar dinamiği ve hacimsel simülasyonlar içeren tam özellikli bir 3D animasyon uygulaması. Houdini Apprentice adlı sınırlı bir sürüm, öğrencilerin ve meraklıların ücretsiz olarak kullanması için mevcuttur.

• Lightwave — Hareketli grafikler, özel efektler ve video oyunları oluşturmak için kullanılan bir 3D CGI uygulaması.

• LuxCoreRender — Windows, macOS ve Linux için ücretsiz, açık kaynaklı bir oluşturucu.

• POV-Ray (The Persistence of Vision Raytracer) — Makro destekli Turing’i tamamlayan bir dil olan SDL’den (Scene Description Language) görüntüler oluşturan ücretsiz, açık kaynaklı bir oluşturucu.

• RenderMan – Incredibles 2 ve Avengers: Infinity War gibi filmlerde kullanılan, Pixar tarafından geliştirilen film kalitesinde bir oluşturucu.

• Visionaray — Açık kaynaklı, platformlar arası ışın izleme kitaplığı.