Trazado de rayos

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El ray tracing o trazado de rayos es un algoritmo para síntesis de imágenes tridimensionales. Propuesto inicialmente por Turner Whitted en 1980, está basado en el algoritmo de determinación de superficies visibles de Arthur Appel denominado Ray Casting (1968). Es una tecnología que permite simular los reflejos y sombras generadas por rayos de luz tal y como sería en la vida real con la luz proveniente del sol o de fuentes de luz artificial.

Tres esferas, reflejándose en el suelo y unas en otras.

En el algoritmo Ray Casting se determinan las superficies visibles en la escena que se quiere sintetizar trazando rayos desde el observador (cámara) hasta la escena a través del plano de la imagen. Se calculan las intersecciones del rayo con los diferentes objetos de la escena y aquella intersección que esté más cerca del observador determina cuál es el objeto visible.

El algoritmo de trazado de rayos extiende la idea de trazar los rayos para determinar las superficies visibles con un proceso de sombreado (cálculo de la intensidad del píxel) que tiene en cuenta efectos globales de iluminación como pueden ser reflexiones, refracciones o sombras arrojadas.

Para simular los efectos de reflexión y refracción se trazan rayos recursivamente desde el punto de intersección que se está sombreando dependiendo de las características del material del objeto intersecado.

Para simular las sombras arrojadas se lanzan rayos desde el punto de intersección hasta las fuentes de luz. Estos rayos se conocen con el nombre de rayos de sombra (shadow rays).

El algoritmo básico de trazado de rayos fue mejorado por Robert Cook (1985) para simular otros efectos en las imágenes mediante el muestreo estocástico usando un método de Montecarlo; entre estos efectos podemos citar el desenfoque de movimiento, la profundidad de campo o el submuestreo para eliminar efectos de dientes de sierra o aliasing en la imagen resultante.

Descripción del trazado de rayos en 1532
El trazado de rayos es capaz de reproducir imágenes realistas

En la actualidad, el algoritmo de trazado de rayos es la base de otros algoritmos más complejos para síntesis de imágenes (mapeado de fotones, Metrópolis, entre otros) que son capaces de simular efectos de iluminación global complejos como la mezcla de colores (color blending) o las cáusticas. Esta técnica fue introducida por empresas como Pixar en sus ordenadores de sobremesa destinados a la animación por computadora. Esta tecnología empezó a ser desarrollada por NVIDIA desde el año 2013 y no fue hasta el año 2019 que fue introducida en el mercado doméstico con la arquitectura Turing para tarjetas de video innovando con un método para mejorar la calidad visual de videojuegos y objetos tridimensionales. El primero de los títulos en soportar la tecnología de trazado de rayos de luz en tiempo real es el Battlefield V. [1] Está tecnología también fue desarrollada por Intel y fue conocida con el nombre clave Larrabee para su serie de tarjetas gráficas dedicadas de las cuales solo se crearon muestras de ingeniería y que nunca salieron al mercado. Una parte de dicha investigación fue destinada para el desarrollo de los chips gráficos en sus procesadores Haswell. AMD introducirá está tecnología en sus tarjetas gráficas Navi y en los APU de las consolas PS5 y Xbox Series X

Historia[editar]

La Idea del trazado de rayos viene de aproximadamente el siglo 16 cuando fue descrito por Albrecht Durer, Quien es acreditado de su invención. En 1982 Scott Roth usó el término "Ray casting" en el contexto de gráficos por computadora.

Revisión del Algoritmo[editar]

El Trazado de Rayos describe un método de imágenes visuales construidas en ambientes de Gráficos en 3D, con un mayor fotorrealismo que el Ray casting o el scanline rendering. Este funciona Trazando la línea visual de un ojo imaginario a través de cada píxel en una pantalla virtual, y calculando el color del objeto visible a través de ella.

Es un algoritmo todavía en desarrollo debido a su abundante gasto de recursos, se espera a que se optimize y se perfeccione en los próximos años.


Véase también[editar]