Спасибо, отличная статья!
Я почти всегда при изучении нового языка пробую писать трассировщик лучей, т.к. здесь можно обкатать почти все элементы, конструкции языка, в т.ч. и многопоточность.
У меня такой вопрос по CSG (constructive solid geometry). Пусть на приведённой выше картинке шар А у нас синий, а шар B — красный. Если мы вычитаем из шара B шар A, то какой цвет ставить в место этой разницы — синий вычтенного шара A или красный от шара B?
Как будет правильно?
Здесь нет однозначно правильного решения. Разработчик сам решает какой цвет указывать.
Вообще, здесь возможны 8 вариантов цветов и для их определения можно ввести флаги, управляющие рендерингом в условиях текущей операции CSG:
Флаги цветов внешней оболочки полученного CSG-объекта (псевдоконстанты):
— RT_EXTERNAL_OBJ_A
— RT_INNER_OBJ_A
— RT_EXTERNAL_OBJ_B
— RT_INNER_OBJ_A
Флаги для внутренней оболочки полученного CSG-объекта (дублируем, то же самое):
— RT_EXTERNAL_OBJ_A
— RT_INNER_OBJ_A
— RT_EXTERNAL_OBJ_B
— RT_INNER_OBJ_A

То есть, мы можем выбрать любой нужный нам в данных условиях цвет.
Старый добрый хабр! Годнота прям годнетская!
В свое время хорошо зашла книга Роджерса "Алгоритмические основы машинной графики". Там же есть переиздание.
Мне по RT больше помогла книга
m.books.ru/books/trekhmernaya-kompyuternaya-grafika-115173
Было дело) в универе увлекался всяким таким) в те времена была еще XNA и DirectX
Спасибо, вспомнил детство, нам такое в школе преподавали, правда писали тогда под дос на чистом С =)
Фигасе у вас детство. У меня были класса с 6 по 11й проводник, пеинт, ворд и эксель, а на программировании надо было тупо набрать с бумажки код в окно турбопаскаля, без пояснений. Школа, правда, гуманитарная была.

Настоящее программирование (Asm, C/C++) было только в универе на первых двух курсах, и это было прикольно.
Очень отлично — спасибо! Продолжайте пожалуйста.
Заметил, что всё чаще и чаще статьи об графике с использованием трассировки лучей. Будет ли трассировка лучей перспективной в будущем для Realtime графики? Ведь раньше, когда экраны были меньше, сложность отрисовки была меньше: O(wh).
Быстродействие компьютеров непрерывно повышается и продолжит повышаться, а разрешение в конце концов зафиксируется на предельном разумном уровне, после которого дальнейшее повышение разрешения будет уже нецелесообразно: таким уровнем, скорее всего, станет 8K, хотя и 4K на 24-дюймовом экране уже вполне достаточно. И тогда выбор алгоритма рендеринга будет определяться лишь сложностью сцены.
разрешение в конце концов зафиксируется на предельном разумном уровне, после которого дальнейшее повышение разрешения будет уже нецелесообразно
Про диагонали смартфонов тоже так говорили :(
У смартфонов появилось новое применение — виртуальная реальность, где, в свою очередь, разумный предел — тоже 4K-8K. А ещё есть PenTile, где эффективное разрешение ниже формального.
Как минимум сложность надо умножить на количество объектов и число отражений + преломление.
Есть, правда, хитрости по их уменьшению, но всё же
Смотря что вы называете трассировкой лучей. Например, в финальной статье моего курса графики, что я публиковал на хабре, я рассказывал, как отрисовывать сферы при помощи шейдеров. По факту, это трассировщик, который даёт заметный прирост в производительности.
У метода трассировки лучей есть давно устоявшееся определение.
Нечего сюда лезть со своими грязными шейдерами!
Определение трассировки лучей вы дали. Теперь дайте определение шейдерам.
Попробуйте общаться чуть вежливее.

In the field of computer graphics, a shader is a special type of computer program that was originally used to do shading (the production of appropriate levels of light, darkness, and color within an image) but which now perform a variety of specialized functions in various fields of computer graphics special effects or do video post-processing unrelated to shading, and even functions unrelated to graphics at all.
А это вежливо писать по-английски? Какой там перевод? Определения шейдерам я там не увидел.
А вот карму минусовать не стоило. Мог бы по-человечески объяснить, что не так.
Программа, исполняема на графическом процессоре. Такое определение подойдет?
А если так рисовать большие сферы, да ещё полупрозрачные, будет ли это очень долго?
Если как в анекдоте «проверить японскую бензопилу», то да, даже такими сферами можно заставить железку тормозить. Если же речь все же идет о реальных задачах, то почти всегда можно найти подход (например битоническая сортировка и front to back блендинг).
Я пытаюсь рисовать пересекающиеся полупрозрачные сферы и начинаю с триангуляции, как все. Тут же человек, как я понял, рисует большую квадратную точку и затем её раскрашивает. Если рисовать маленькие сферы, это кажется перспективным, а можно ли так рисовать большие?
Рисовать можно любые, хоть большие, хоть маленькие. Но если у вас большие пересекающиеся сферы и они все прозрачные, то появляются другие проблемы (хоть с этим методом, хоть с полигональным). Нужна правильная сортировка + возможно front-to-back блендинг.
Зависит от того, как «зайдёт» HBM.

Современные GPU имеют, с точки зрения трассировки лучей, крайне несбалансированную архитектуру: скорость доступа в память в разы отстаёт от других частей системы.

Нарастить доступ в память до ширины шины в сотни тысяч бит теоретически возможно, но будет ли это реализовано на практике? Сомнительно…
Тмотря что понимать под трассировкой. RayMarching по своей сути тоже трассировка. Но в комплекте с SDF там как раз памяти нужно мало, зато дофига вычислений.
Собственно с помощью этой связки делают весьма впечатляющие демки на голых шейдерах.
Примеры почти в реалтайме (на моём не самом свежем железе)
В гпу трассировка лучей работает плохо не потому, что память медленная. В гпу она как раз таки довольно быстрая. Там проблема в том, что в трассировки очень много ветвлений, а т.к. гпу — это SIMD, то с ветвлениями там все очень плохо.
Трассировка может быть сделана «поверх» условно-выполняемых инструкций, с ними SIMD довольно неплохо работает. Но в этом случае нужно много обращений в память.

Если же делать «честные» ветвление — то да, это гроб с музыкой, GPU на этом умрёт немедленно.
Трассировка может быть сделана «поверх» условно-выполняемых инструкций

Можно подробнее, это как?
Сейчас есть демо движки, использующие Path Tracing (вики пишет, что этот метод медленнее RT, но быстрые движки используют именно его). Вроде даже действующий игровой двиг показывали довольно давно и игру обещали(на ютубе видео можно найти, вполне впечатляет).
Квейк 4 в своё время запускали в RT режиме, но там ему требовалось несколько топовых (на тот момент) видях для работы в реальном времени.
Будет ли трассировка лучей перспективной в будущем для Realtime графики?

сомневаюсь, т.к. для трассировки сцены нужно ее подготовить — провести разбиение пространства. На статических сценах это можно сделать заранее, а вот с анимацией придется делать каждый кадр. Плюс трассировка плохо ложиться на архитектуру гпу.
Разбиение пространства давно уже производится за считанные миллисекунды прямо на гпу, начиная с lbvh, как крайне высокопараллелизируемого варианта bvh. Чистая трассировка очень хорошо подходит для гпу, проблемы идут в основном на сложных материалах.
КМК, учитывая что бюджет кадра для 60 FPS это около 17 милисекунд, несколько милисекунд только на разбиение не так уж и мало.
Речь шла про перспективы в будущем, а про миллисекнуды на перестройку всей сцены это репорты из ресерчей ~2011 года hlbvh2 2011
Хабр — торт!
Спасибо за большую работу, и в частности за перевод формул в латех. Обратите, пожалуйста, внимание, что формулы типа sin в математических текстах набираются прямым шрифтом; размер скобок тоже важен. Сравните:

\alpha2 = arcsin({sin(60) \over 1.33}) = 40.628^\circ


\alpha_2 = \arcsin\left(\frac{\sin(60^\circ)}{1.33}\right) = 40.628^\circ

Перевод формул делал не я, а автор статьи. Постараюсь в свободное время исправить.
А как же старый добрый blending
https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/gl4/html/glBlendFunc.xhtml который, по сути, делает все то, что вы описали. Назвать это трассировкой лучей можно с крайне большой оговоркой, так как не учитывается отражение луча и дальнейшее его использование для освещения.
У меня такой вопрос, который мучает уже давно: почему не используется комбинированный подход (ray trace + raster) в описании сцены — те же сферы компактнее описывать точкой и радиусом, чем мешем, и наоборот, угловатые объекты проще описать полигонами? Почему нельзя описывать объект комбинацией элементов сфер и полигонов?

Также очень интересует вопрос про NURBS — для решения каких проблем в графике он используется?
NURBS Non-uniform rational B-spline. Нужен для сглаживания моделей и уменьшения количества полигонов для модели без ухудшения качества отображения модели.
На момент OpenGL 3.0 аппаратной реализации не было, все считал CPU. Как сейчас для OpenGL 4.x не нашел информации.
Почему нельзя описывать объект комбинацией элементов сфер и полигонов?
Потому что SIMD очень прохо относится к ветвлениям.

Давным-давно была такая игрушка Extatica. Там из эллипсов всё.

А может кто-нибудь объяснить чем отличаются:
— Бросания лучей, Рейкастинг (Ray Casting)
— Трассировка лучей (Ray Tracing)
— Трассировка пути (Path Tracing)

Как раз думал над тем как протащить в 2d движок хотя бы статическое 3d. Спасибо!

После таких статей, руки тянутся свой движок делать )
Отличная статья, хотелось бы ещё почитать про примитивы программирования графики
Просто божественная статья. Спасибо вам!!!
После того как начал следовать статье нашел здесь же habrahabr.ru/post/248153 — еще одно отличное про компьютерную графику на коленке.
Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии.
Войдите, пожалуйста.