¿Qué son los cálculos de trazado de rayos?

Para las películas e imágenes fijas, las computadoras crean escenas tridimensionales vivos en parte a través de una técnica llamada trazado de rayos. Un diseñador gráfico construye una escena en los programas informáticos mediante la creación de objetos y fuentes de luz. Luego se selecciona un punto de vista. El ordenador genera la imagen de la escena mediante el cálculo de las trayectorias de todos los rayos de luz que alcanzan el ojo en ese punto de vista.

Punto de vista

A diferencia del comportamiento de la luz verdadera, que comienza en una fuente y viaja al observador, el trazado de rayos se inicia en el punto de vista y traza su camino hacia la fuente de luz. El software rastrea muchos miles de caminos rectos del observador para construir una escena tridimensional realista. En el camino, los rayos de luz incidan objetos de la escena, tales como paredes, muebles y personas. El punto de vista que también determina la perspectiva de la escena como el observador tiene una cierta altura y se ve en una dirección determinada.

Objetos

Los objetos en escenas tienen diferentes propiedades ópticas, incluyendo el color, grados de transparencia, la reflexión y la refracción. Por ejemplo, una lámpara de cristal en el software puede consistir de piezas transparentes decenas. Los rayos de luz pasan por refracción a medida que pasan del aire al vidrio y de regreso. Esto dobla el ángulo de los rayos de luz según la ley de Snell. En ángulos obtusos en el interior del vidrio, la luz se refleja, formando complejos caminos. El software de rastreo de rayos calcula cómo cambian los ángulos de todos los rayos de luz en la escena.

Fuentes de luz

Un programa de trazado de rayos puede tener muchas fuentes de luz en una escena, cada uno con su propio color, intensidad, dirección y el enfoque. Una fuente de luz láser, por ejemplo, produce trayectorias de los rayos comparativamente simples, ya que su luz es muy concentrada y tiene un solo color y la dirección. Una bombilla de esmerilado, por otro lado, es más complejo, el envío de luz blanca difusa en todas las direcciones y la creación de grandes áreas iluminadas y sombras. El software calcula estos condiciones de iluminación de rayos por el rayo de acuerdo con las propiedades de la fuente.

La complejidad y la velocidad

Debido a que el software de trazado de rayos evalúa miles de trayectorias complejas, se necesitan muchos ordenadores rápidos para generar, o presentar, una escena con un buen nivel de detalle. Dado que cada fotograma de una película animada puede tardar varios minutos para realizar los cálculos, la película podría tardar semanas de tiempo de computadora. Por esta razón, el director de la película traza la escena con mucho cuidado y realiza pruebas a baja resolución. Estos tienen una apariencia primitiva de baja calidad, pero los ordenadores pueden producir estas escenas más rápido. Si el director quiere cambiar la escena, lo hace a baja calidad. Una vez que finaliza la escena, que tiene el software de generar la versión de alta calidad.