Ray Tracing, bilgisayar bilimlerinde kullanılan bir optik hesaplama yöntemidir. 3B bilgisayar grafiklerinde ışın izleme, dijital görüntüler oluşturmak için kullanılan bir ışık modelleme ve simülasyon tekniğidir.
Doğada ışık bir kaynaktan başlar, nesnelerden yansır ve nesneleri gören gözde son bulur. Işık yansıyabilir, kırılabilir, yayılabilir veya emilebilir. 3B bir evrende ışın izleme, ters yöne gitmekten ibarettir. Işınlar kameradan (3D bilgisayar grafiklerinin “gözü”) başlar, nesnelerden yansır ve ışık kaynağına geri döner. Böylece sadece kameranın gördüğü ışınlar hesaplanarak kaynak tasarrufu sağlanır.
Başlıklar
Işın izlemenin arkasındaki fikir birkaç yüzyıl öncesine dayanıyor ve icadı Alman sanatçı Albrecht Dürer’e ve onun perspektif makinesine atfediliyor.
Bilgisayarın ilk kullanımı 1968’e kadar uzanır. Ancak daha sonra bilgisayar tarafından oluşturulan görüntülerin ışın izleme yoluyla gerçeğe yakın olmasına izin veren Turner Whitted’in 1970’lerdeki çalışmasıydı. Önemli bilgi işlem gücü gerektiren bu teknolojinin oyun konsollarında veya PC grafik kartlarında ortaya çıktığını ancak son zamanlarda gördük.
Ray Tracing ne için kullanılır?
Işın izleme, bir 3B bilgisayar grafiğinin parlaklığını daha mantıklı, daha gerçekçi hale getirir. Bu, ışığı fiziksel olarak simüle etmenin bir yoludur. Işın izleme, bilgisayarların kullanıldığı birçok yaratıcı alanda kullanılır.
Video oyunlarında
Video oyunlarında ışın izleme, canlı ışığın karmaşık davranışının güvenilir ve otomatik olarak hesaplanmasını sağlar. Bir video oyunu daha güzel ve daha gerçekçi görünür. Özellikle yeni nesil konsol oyunları tarafından kullanılır.
İşte çok eski ve ünlü bir video oyunu “Minecraft” tan bir örnek verelim. Aktif ışın izleme (ray tracing) özelliğinin aktif olduğu bir resim ile ışın izleme özelliği olmayan bir temel oyunun resmi arasındaki farkı görebilirsiniz.
Animasyonlarda
Işın izleme, geleneksel sanatçılar için üretmesi genellikle zor ve zaman alan yansıma ve gölgeleme gibi efektler eklemek için kullanılabilir. Ayrıca fotogerçekçi görüntüler oluşturabilir.
Mimaride
Günümüzde mimarlar, gerçekçi görüntüler oluşturmak için ray tracing (ışın izlemeyi) kullanıyor. Bazı programlar bu ışığı değiştirmenize izin verir. Örneğin, bir odadaki ışık günün farklı saatlerinde simüle edilebilir.
Tiyatro ve sinemada
Işın izleme, film ve tiyatro yönetmenleri, set ve ışık tasarımcıları tarafından bir prodüksiyon başlamadan önce karmaşık ışıklandırma oluşturmak için kullanılabilir.
Mühendislikte
Işın izleme, makine mühendisleri, aydınlatma tasarımcıları ve güneş enerjisi araştırmacıları tarafından aydınlatma seviyelerini, parlaklık gradyanlarını ve görsel performans kriterlerini tahmin etmek için kullanılır. Bu, ışığın dağılımını ve yönlülüğünü analiz etmeyi ve radyasyonla ısı transferini incelemeyi mümkün kılar. Özellikle havacılık uygulamaları için kullanışlıdır.
Ray Tracing nasıl çalışır?
Ray tracing, oldukça karmaşık bir algoritmadır. Işınları bir sahneye yayarak ve yüzeylerden ışık kaynaklarına doğru sektirerek bir görüntü oluşturur.
Işığın çeşitli efektlerinin eklenmesini gerektiren, ışıktan çok geometrinin gerçekçi simülasyonuna odaklanan rasterleştirme gibi diğer işleme yöntemleriyle karşılaştırıldığında, gerçekçi bir ışık aktarımı simülasyonuna dayanır.
Yansıma, kırılma ve gölge etkileri, ışın izlemenin doğal bir sonucudur.
Kameradan gelen birincil ışın görüntüyü yeniden oluşturur. Bir ışın bir yüzeye çarptığında, yüzeyin türüne bağlı olarak ikincil ışınlar yansıtılabilir (özyinelemeli izleme olarak adlandırılır):
- bir yansıma ışını görülebilmesi için en yakın nesneye çarpar;
- bir kırılma ışını saydam bir malzemeden geçer ve sapar;
- her bir ışık kaynağına izlenen bir gölge ışını, bir yüzeyin bir kaynaktan ışık mı yoksa bir ara nesneden mi gölge aldığını belirlemek için kullanılır.
Ray tracing’e (Işın izlemeye) ek olarak, bulanıklık giderme veya foton haritalama gibi başka teknolojiler de kullanılır.
