Ray Tracing, che passione!

20 marzo 2006

Introduzione

Chi si occupa di grafica 3D per passione o per ragioni di lavoro, deve spesso confrontarsi con applicativi che generano le immagini finali con la tecnica chiamata ray tracing (o dei raggi traccianti). Si tratta di un algoritmo tra i più usati in questo settore, ideato ormai diversi anni fa, con lo scopo di realizzare scene al computer con caratteristiche e proprietà il più possibile realistiche. Perciò, si può definire ray tracing il procedimento che genera in modo bidimensionale una scena tridimensionale, descritta mediante funzioni cosiddette primitive, come triangoli, cubi, sfere e coni, con una qualità descrittiva elevata, mediante la simulazione dell’interazione fra luce ed oggetti. Ogni oggetto appartenente alla scena viene individuato univocamente nello spazio dall’insieme di coordinate cartesiane X, Y e Z, definite rispetto ad un punto di riferimento, detto origine degli assi. Ad esso vengono poi associate altre proprietà relative alla superficie, per caratterizzarlo in base alle proprie esigenze.

La scena deve poi essere caratterizzata dalla presenza nello spazio di un osservatore (punto o occhio), che volge lo sguardo in una determinata direzione. Ovviamente, affinché la scena sia visualizzabile, occorre anche definire almeno una sorgente dalla quale illuminarla, definendone tipo, intensità e colore. Il ray tracing si contraddistingue per la resa qualitativa della elaborazione, proprio perché riesce ad intergire con le proprietà intrinseche dei materiali che formano gli oggetti ed i corpi di una scena, raggiungendo livelli qualitativi fotorealistici, grazie alla applicazione di leggi fisiche e modelli matematici che si rifanno alla realtà.

Alla base dell’algoritmo vi è un criterio elementare: per ogni punto appartenente ad un oggetto vengono generati i raggi relativi alle sorgenti luminose, creando un gioco di riflessioni e rifrazioni con i raggi provenienti da altri punti ed oggetti, che determinano le proprietà dei pixel (o punti) dell’immagine da visualizzare. Si può facilmente intuire come una tecnica tanto semplice richieda al tempo stesso una potenza di elaborazione notevole, in quanto anche in presenza di scene non complesse il numero di raggi da calcolare è elevatissimo. Un software di ray tracing richiede dunque i passaggi appena descritti, per la elaborazione di una scena, sia essa semplice o complessa. Esso fa inizialmente definire gli oggetti da un punto di vista delle proprietà dei materiali e delle posizioni nello spazio 3D. Occorre successivamente posizionare l’osservatore e le sorgenti luminose con le loro direzioni relative, per poi calcolare la scena secondo il processo denominato rendering.

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