WebGL रे ट्रेसिंग ग्लोबल इल्यूमिनेशन: वेब एप्लीकेशंस में भौतिक रूप से सटीक लाइटिंग प्राप्त करना

3D ग्राफिक्स में यथार्थवाद की खोज ने रेंडरिंग तकनीकों में निरंतर नवाचार को बढ़ावा दिया है। रे ट्रेसिंग, एक समय में अपनी कम्प्यूटेशनल मांगों के कारण ऑफलाइन रेंडरिंग तक सीमित था, अब हार्डवेयर और WebGL जैसे API में प्रगति के कारण रियल-टाइम वातावरण में तेजी से सुलभ हो रहा है। यह लेख WebGL रे ट्रेसिंग ग्लोबल इल्यूमिनेशन की आकर्षक दुनिया में गहराई से उतरता है, यह पता लगाता है कि वेब एप्लीकेशंस के भीतर भौतिक रूप से सटीक लाइटिंग कैसे प्राप्त की जाए।

ग्लोबल इल्यूमिनेशन को समझना

ग्लोबल इल्यूमिनेशन (GI) रेंडरिंग तकनीकों के एक सेट को संदर्भित करता है जो प्रकाश के दृश्य में उछलने के तरीके का अनुकरण करता है, जिससे अधिक यथार्थवादी और इमर्सिव दृश्य अनुभव होता है। डायरेक्ट लाइटिंग के विपरीत, जो केवल सतहों को सीधे रोशन करने वाले प्रकाश स्रोतों पर विचार करती है, GI अप्रत्यक्ष लाइटिंग को ध्यान में रखता है - प्रकाश जो पर्यावरण में अन्य सतहों से परावर्तित, अपवर्तित या बिखरा हुआ होता है। इसमें निम्न जैसे प्रभाव शामिल हैं:

• डिफ्यूज इंटररिफ्लेक्शन: डिफ्यूज सतहों के बीच प्रकाश का उछलना, जिसके परिणामस्वरूप रंग का फैलना और सूक्ष्म परिवेशी प्रकाश होता है। कल्पना कीजिए कि एक लाल दीवार पास के सफेद फर्श पर हल्का लाल रंग डाल रही है।
• स्पेकुलर रिफ्लेक्शन: चमकदार सतहों पर प्रकाश स्रोतों और आसपास के वातावरण का सटीक प्रतिबिंब। पॉलिश किए गए धातु के गोले में एक खिड़की के प्रतिबिंब के बारे में सोचें।
• अपवर्तन: पारदर्शी सामग्रियों से गुजरते समय प्रकाश का मुड़ना, यथार्थवादी विकृतियों और कॉस्टिक्स का निर्माण करना। विचार करें कि एक गिलास पानी प्रकाश को कैसे मोड़ता है, जिससे नीचे की सतह पर पैटर्न बनते हैं।
• सबसरफेस स्कैटरिंग (SSS): प्रकाश का पारभासी सामग्रियों में प्रवेश करना और बाहर निकलने से पहले आंतरिक रूप से बिखरना, जिसके परिणामस्वरूप एक नरम, प्रकाशित उपस्थिति होती है। उदाहरणों में त्वचा, संगमरमर और दूध शामिल हैं।

यथार्थवादी ग्लोबल इल्यूमिनेशन प्राप्त करने से 3D दृश्यों की दृश्य गुणवत्ता में काफी वृद्धि होती है, जिससे वे अधिक विश्वसनीय और आकर्षक बनते हैं। हालांकि, इन प्रभावों का सटीक अनुकरण करना कम्प्यूटेशनल रूप से गहन होता है।

रे ट्रेसिंग: यथार्थवादी लाइटिंग का मार्ग

रे ट्रेसिंग एक रेंडरिंग तकनीक है जो कैमरे (या आंख) से छवि में प्रत्येक पिक्सेल के माध्यम से और दृश्य में किरणों का पता लगाकर प्रकाश के व्यवहार का अनुकरण करती है। जब एक किरण एक सतह को काटती है, तो रे ट्रेसर उस बिंदु पर लाइटिंग प्रभावों पर विचार करके उस बिंदु के रंग और चमक को निर्धारित करता है। प्रतिबिंबों, अपवर्तनों और अन्य जटिल प्रकाश अंतःक्रियाओं का अनुकरण करने के लिए इस प्रक्रिया को पुनरावर्ती रूप से दोहराया जा सकता है।

पारंपरिक रास्टर-आधारित रेंडरिंग, जो कई वर्षों से रियल-टाइम ग्राफिक्स में प्रमुख विधि है, परिवेशी अवरोध, स्क्रीन-स्पेस प्रतिबिंबों और लाइट प्रोब जैसी तकनीकों के माध्यम से ग्लोबल इल्यूमिनेशन का अनुमान लगाती है। जबकि ये विधियां देखने में आकर्षक परिणाम उत्पन्न कर सकती हैं, उनमें अक्सर रे ट्रेसिंग की सटीकता और भौतिक शुद्धता का अभाव होता है।

रे ट्रेसिंग, दूसरी ओर, प्रकाश किरणों के मार्ग का अनुसरण करके स्वाभाविक रूप से ग्लोबल इल्यूमिनेशन प्रभावों को संभालती है क्योंकि वे दृश्य के साथ बातचीत करते हैं। यह प्रतिबिंबों, अपवर्तनों और अन्य जटिल प्रकाश परिवहन घटनाओं के सटीक अनुकरण की अनुमति देता है।

WebGL और रे ट्रेसिंग: एक बढ़ता हुआ परिदृश्य

WebGL (वेब ग्राफिक्स लाइब्रेरी) प्लग-इन के उपयोग के बिना किसी भी संगत वेब ब्राउज़र के भीतर इंटरैक्टिव 2D और 3D ग्राफिक्स को रेंडर करने के लिए एक जावास्क्रिप्ट API है। यह रेंडरिंग प्रदर्शन को गति देने के लिए अंतर्निहित ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (GPU) का लाभ उठाता है। पारंपरिक रूप से, WebGL रास्टर-आधारित रेंडरिंग से जुड़ा रहा है।

हालांकि, WebGL में हालिया प्रगति, विशेष रूप से WebGL 2 और GL_EXT_ray_tracing और WEBGL_gpu_acceleration जैसे एक्सटेंशन की शुरूआत के साथ, वेब एप्लीकेशंस में रे ट्रेसिंग तकनीकों को शामिल करने की संभावनाओं को खोल रही है। ये एक्सटेंशन GPU-त्वरित रे ट्रेसिंग कार्यक्षमता तक पहुंच प्रदान करते हैं, जिससे डेवलपर्स अधिक यथार्थवादी और नेत्रहीन आश्चर्यजनक वेब-आधारित अनुभव बना सकते हैं।

WebGL में रे ट्रेसिंग लागू करने के लिए कई दृष्टिकोण मौजूद हैं:

• कम्प्यूट शेडर्स: कम्प्यूट शेडर्स GPU पर सामान्य-उद्देश्यीय गणनाओं की अनुमति देते हैं। रे ट्रेसिंग एल्गोरिदम को कम्प्यूट शेडर्स का उपयोग करके लागू किया जा सकता है, जो रे-सीन इंटरसेक्शन टेस्ट करते हैं और लाइटिंग प्रभावों की गणना करते हैं। इस दृष्टिकोण के लिए अधिक मैनुअल कार्यान्वयन की आवश्यकता होती है लेकिन यह लचीलापन और नियंत्रण प्रदान करता है।
• हार्डवेयर-त्वरित रे ट्रेसिंग एक्सटेंशन: GL_EXT_ray_tracing जैसे एक्सटेंशन हार्डवेयर रे ट्रेसिंग क्षमताओं तक सीधी पहुंच प्रदान करते हैं, यदि वे उपयोगकर्ता के डिवाइस पर उपलब्ध हों। यह दृष्टिकोण कम्प्यूट शेडर-आधारित कार्यान्वयनों की तुलना में प्रदर्शन में काफी सुधार कर सकता है। हालांकि, यह विशिष्ट हार्डवेयर और ड्राइवर समर्थन की उपलब्धता पर निर्भर करता है।
• WebGPU: WebGPU WebGL का एक उत्तराधिकारी है, जिसे GPU क्षमताओं तक पहुंचने के लिए अधिक आधुनिक और कुशल API प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। WebGPU में रे ट्रेसिंग के लिए मूल समर्थन है, जो इसे भविष्य के वेब-आधारित रे ट्रेसिंग एप्लीकेशंस के लिए एक आशाजनक मंच बनाता है।

WebGL रे ट्रेसिंग ग्लोबल इल्यूमिनेशन को लागू करना

WebGL रे ट्रेसिंग ग्लोबल इल्यूमिनेशन को लागू करना एक जटिल कार्य है जिसके लिए कंप्यूटर ग्राफिक्स सिद्धांतों, रे ट्रेसिंग एल्गोरिदम और WebGL प्रोग्रामिंग की ठोस समझ की आवश्यकता होती है।

यहां शामिल विशिष्ट चरणों का एक सरलीकृत अवलोकन दिया गया है:

1. दृश्य प्रतिनिधित्व: 3D दृश्य को डेटा संरचनाओं का उपयोग करके प्रस्तुत करें जो रे-सीन इंटरसेक्शन टेस्ट के लिए कुशल हैं। सामान्य डेटा संरचनाओं में बाउंडिंग वॉल्यूम पदानुक्रम (BVHs) और k-d ट्री शामिल हैं। ये संरचनाएं दृश्य के बड़े हिस्सों को जल्दी से त्यागकर रे ट्रेसिंग प्रक्रिया को तेज करने में मदद करती हैं जो किसी दी गई किरण द्वारा प्रतिच्छेदित होने की संभावना नहीं है।
2. रे जनरेशन: छवि में प्रत्येक पिक्सेल के माध्यम से कैमरे से किरणें उत्पन्न करें। प्रत्येक किरण की दिशा कैमरे की स्थिति, अभिविन्यास और दृश्य के क्षेत्र द्वारा निर्धारित की जाती है।
3. रे-सीन इंटरसेक्शन: प्रत्येक किरण के लिए, दृश्य में सभी वस्तुओं के खिलाफ इंटरसेक्शन टेस्ट करें। इसमें यह निर्धारित करना शामिल है कि क्या किरण प्रत्येक वस्तु को काटती है और, यदि हां, तो प्रतिच्छेदन बिंदु की गणना करना।
4. शेडिंग: प्रतिच्छेदन बिंदु पर, लाइटिंग मॉडल के आधार पर सतह के रंग और चमक की गणना करें। इसमें प्रकाश स्रोतों से सीधी लाइटिंग के साथ-साथ ग्लोबल इल्यूमिनेशन प्रभावों से अप्रत्यक्ष लाइटिंग पर भी विचार करना शामिल है।
5. ग्लोबल इल्यूमिनेशन सैंपलिंग: ग्लोबल इल्यूमिनेशन के लिए, आसपास के वातावरण का नमूना लेने के लिए प्रतिच्छेदन बिंदु से अतिरिक्त किरणें डालें। इन किरणों का उपयोग दृश्य में अन्य सतहों से बिंदु पर आने वाले प्रकाश की मात्रा का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है। पाथ ट्रेसिंग, मोंटे कार्लो इंटीग्रेशन और इंपोर्टेंस सैंपलिंग जैसी तकनीकों का उपयोग अक्सर प्रकाश परिवहन को कुशलता से नमूना करने के लिए किया जाता है।
6. पुनरावर्ती रे ट्रेसिंग: प्रतिबिंब और अपवर्तन किरणों के लिए चरण 3-5 को पुनरावर्ती रूप से दोहराएं, प्रकाश के पथों का पता लगाते हुए जैसे यह दृश्य में उछलता है। अत्यधिक गणना से बचने के लिए पुनरावर्तन गहराई आमतौर पर सीमित होती है।
7. आउटपुट: WebGL कैनवास पर प्रत्येक पिक्सेल के लिए अंतिम रंग आउटपुट करें।

पाथ ट्रेसिंग: एक शक्तिशाली GI तकनीक

पाथ ट्रेसिंग एक मोंटे कार्लो रे ट्रेसिंग एल्गोरिदम है जो दृश्य के माध्यम से प्रकाश के यादृच्छिक पथों का पता लगाकर ग्लोबल इल्यूमिनेशन का अनुकरण करता है। यह एक वैचारिक रूप से सरल लेकिन शक्तिशाली तकनीक है जो अत्यधिक यथार्थवादी परिणाम उत्पन्न कर सकती है।

पाथ ट्रेसिंग में, कैमरे से केवल किरणों का पता लगाने के बजाय, प्रकाश स्रोतों से भी किरणों का पता लगाया जाता है। ये किरणें दृश्य में उछलती हैं, सतहों के साथ बातचीत करती हैं, जब तक कि वे अंततः कैमरे तक नहीं पहुंच जातीं। प्रत्येक पिक्सेल का रंग तब उन सभी प्रकाश पथों के योगदान का औसत निकालकर निर्धारित किया जाता है जो उस पिक्सेल के माध्यम से कैमरे तक पहुंचते हैं।

पाथ ट्रेसिंग स्वाभाविक रूप से एक मोंटे कार्लो विधि है, जिसका अर्थ है कि यह प्रकाश परिवहन का अनुमान लगाने के लिए यादृच्छिक सैंपलिंग पर निर्भर करती है। यह शोर वाली छवियों में परिणाम दे सकता है, खासकर कम संख्या में नमूनों के साथ। हालांकि, नमूनों की संख्या प्रति पिक्सेल बढ़ाकर शोर को कम किया जा सकता है। प्रगतिशील रेंडरिंग तकनीकें, जहां छवि धीरे-धीरे समय के साथ परिष्कृत होती है क्योंकि अधिक नमूने जमा होते हैं, अक्सर उपयोगकर्ता अनुभव को बेहतर बनाने के लिए उपयोग की जाती हैं।

उदाहरण: पाथ ट्रेसिंग के साथ डिफ्यूज ग्लोबल इल्यूमिनेशन को लागू करना

आइए WebGL में पाथ ट्रेसिंग का उपयोग करके डिफ्यूज ग्लोबल इल्यूमिनेशन को लागू करने का एक सरलीकृत उदाहरण लें। यह उदाहरण अप्रत्यक्ष लाइटिंग जानकारी एकत्र करने के लिए किरणों का पता लगाने की मुख्य अवधारणा पर केंद्रित है।

फ्रेग्मेंट शेडर (सरलीकृत):

            #version 300 es
precision highp float;

in vec3 worldPosition;
in vec3 worldNormal;

uniform vec3 lightPosition;
uniform vec3 cameraPosition;

out vec4 fragColor;

// Random number generator (LCG)
uint seed;
float random(in vec2 uv) {
    seed = (uint(uv.x * 1024.0) * 1664525u + uint(uv.y * 1024.0) * 1013904223u + seed) & 0xffffffffu;
    return float(seed) / float(0xffffffffu);
}

vec3 randomDirection(in vec3 normal) {
    float u = random(gl_FragCoord.xy + vec2(0.0, 0.0));
    float v = random(gl_FragCoord.xy + vec2(0.1, 0.1));
    float theta = acos(u);
    float phi = 2.0 * 3.14159 * v;
    vec3 tangent = normalize(cross(normal, vec3(0.0, 1.0, 0.0)));
    if (length(tangent) < 0.001) {
        tangent = normalize(cross(normal, vec3(1.0, 0.0, 0.0)));
    }
    vec3 bitangent = cross(normal, tangent);

    vec3 direction = normalize(
        normal * cos(theta) +
        tangent * sin(theta) * cos(phi) +
        bitangent * sin(theta) * sin(phi)
    );

    return direction;
}

void main() {
    seed = uint(gl_FragCoord.x * 1024.0 + gl_FragCoord.y);
    vec3 normal = normalize(worldNormal);

    // Direct Lighting (Simplified)
    vec3 lightDir = normalize(lightPosition - worldPosition);
    float diffuse = max(dot(normal, lightDir), 0.0);
    vec3 directLighting = vec3(1.0, 1.0, 1.0) * diffuse;

    // Indirect Lighting (Path Tracing)
    vec3 indirectLighting = vec3(0.0);
    int numSamples = 10;
    for (int i = 0; i < numSamples; ++i) {
        vec3 randomDir = randomDirection(normal);

        //  Simplified: Assume a constant color for simplicity (replace with actual scene sampling)
        indirectLighting += vec3(0.5, 0.5, 0.5); // Example indirect color
    }
    indirectLighting /= float(numSamples);

    fragColor = vec4(directLighting + indirectLighting, 1.0);
}

            

              
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व्याख्या:

• वर्ल्ड पोजिशन और नॉर्मल: ये वर्टेक्स शेडर से पारित इंटरपोलेटेड वर्टेक्स एट्रिब्यूट्स हैं।
• लाइट पोजिशन और कैमरा पोजिशन: प्रकाश स्रोत और कैमरे की स्थिति का प्रतिनिधित्व करने वाले यूनिफ़ॉर्म वेरिएबल्स।
• रैंडम नंबर जनरेटर: दिशा सैंपलिंग के लिए छद्म-यादृच्छिक संख्याएँ उत्पन्न करने के लिए एक साधारण लीनियर कांग्रेन्शियल जनरेटर (LCG) का उपयोग किया जाता है। उत्पादन में एक बेहतर RNG का उपयोग किया जाना चाहिए।
• रैंडम डायरेक्शन: नॉर्मल वेक्टर के चारों ओर गोलार्ध पर एक यादृच्छिक दिशा उत्पन्न करता है। इसका उपयोग विभिन्न दिशाओं से आने वाले प्रकाश का नमूना लेने के लिए किया जाता है।
• डायरेक्ट लाइटिंग: नॉर्मल और प्रकाश दिशा के डॉट प्रोडक्ट का उपयोग करके डायरेक्ट लाइटिंग के डिफ्यूज घटक की गणना करता है।
• अप्रत्यक्ष लाइटिंग (पाथ ट्रेसिंग):
  • एक लूप निर्दिष्ट संख्या में बार (numSamples) दोहराता है।
  • प्रत्येक पुनरावृति में, randomDirection फ़ंक्शन का उपयोग करके एक यादृच्छिक दिशा उत्पन्न होती है।
  • सरलीकृत दृश्य सैंपलिंग: इस सरलीकृत उदाहरण में, हम अप्रत्यक्ष लाइटिंग के लिए एक स्थिर रंग मानते हैं। एक वास्तविक कार्यान्वयन में, आप randomDir दिशा में एक किरण का पता लगाएंगे और उस वस्तु के रंग का नमूना लेंगे जिसे किरण काटती है। इसमें पुनरावर्ती रे ट्रेसिंग शामिल है, जो इस सरलीकृत उदाहरण में नहीं दिखाया गया है।
  • अप्रत्यक्ष लाइटिंग योगदान जमा होता है और फिर औसत प्राप्त करने के लिए नमूनों की संख्या से विभाजित किया जाता है।
• अंतिम रंग: अंतिम रंग डायरेक्ट और अप्रत्यक्ष लाइटिंग घटकों को जोड़कर गणना की जाती है।

महत्वपूर्ण नोट्स:

• यह एक बहुत ही सरलीकृत उदाहरण है। एक पूर्ण पाथ ट्रेसर को रे-सीन इंटरसेक्शन, सामग्री मूल्यांकन और विचरण कमी के लिए अधिक परिष्कृत तकनीकों की आवश्यकता होती है।
• दृश्य डेटा: यह उदाहरण मानता है कि दृश्य ज्यामिति और सामग्री गुण पहले से लोड और शेडर में उपलब्ध हैं।
• रे ट्रेसिंग कार्यान्वयन: रे ट्रेसिंग भाग (किरणों का पता लगाना और प्रतिच्छेदन खोजना) इस उदाहरण में स्पष्ट रूप से नहीं दिखाया गया है। इसे कोड के किसी अन्य भाग द्वारा संभाला जाना माना जाता है, जैसे कि कम्प्यूट शेडर्स या हार्डवेयर रे ट्रेसिंग एक्सटेंशन का उपयोग करना। उदाहरण एक सतह को काटने के बाद शेडिंग पहलू पर केंद्रित है।
• शोर: पाथ ट्रेसिंग अक्सर शोर वाली छवियां उत्पन्न करता है, खासकर कम संख्या में नमूनों के साथ। शोर को कम करने के लिए विचरण कमी तकनीकों, जैसे इंपोर्टेंस सैंपलिंग और स्ट्रैटिफाइड सैंपलिंग का उपयोग किया जा सकता है।

भौतिक आधारित रेंडरिंग (PBR)

भौतिक आधारित रेंडरिंग (PBR) एक रेंडरिंग दृष्टिकोण है जिसका उद्देश्य प्रकाश की सामग्री के साथ बातचीत को भौतिक रूप से सटीक तरीके से अनुकरण करना है। PBR सामग्री उन मापदंडों द्वारा परिभाषित की जाती है जो वास्तविक दुनिया के भौतिक गुणों के अनुरूप होते हैं, जैसे:

• आधार रंग (अल्बेडो): सामग्री का अंतर्निहित रंग।
• धात्विक: इंगित करता है कि सामग्री धात्विक है या गैर-धात्विक।
• खुरदरापन: सतह के खुरदरेपन का वर्णन करता है, जो स्पेकुलर प्रतिबिंब की मात्रा को प्रभावित करता है। एक खुरदरी सतह प्रकाश को अधिक डिफ्यूज रूप से बिखेरती है, जबकि एक चिकनी सतह तेज प्रतिबिंब उत्पन्न करती है।
• स्पेकुलर: स्पेकुलर प्रतिबिंब की तीव्रता को नियंत्रित करता है।
• नॉर्मल मैप: एक बनावट जो सामान्य वैक्टर को स्टोर करती है, वास्तव में बहुभुज गणना को बढ़ाए बिना विस्तृत सतह ज्यामिति के अनुकरण की अनुमति देती है।

PBR सामग्रियों का उपयोग करके, आप विभिन्न वातावरणों में अधिक यथार्थवादी और सुसंगत लाइटिंग प्रभाव बना सकते हैं। ग्लोबल इल्यूमिनेशन तकनीकों के साथ संयुक्त होने पर, PBR असाधारण रूप से यथार्थवादी परिणाम उत्पन्न कर सकता है।

WebGL रे ट्रेसिंग GI के साथ PBR को एकीकृत करना

WebGL रे ट्रेसिंग ग्लोबल इल्यूमिनेशन के साथ PBR को एकीकृत करने के लिए, आपको रे ट्रेसिंग एल्गोरिदम के भीतर शेडिंग गणना में PBR सामग्री गुणों का उपयोग करने की आवश्यकता होती है।

इसमें शामिल है:

• BRDF का मूल्यांकन करना: बिडायरेक्शनल रिफ्लेक्टेंस डिस्ट्रीब्यूशन फंक्शन (BRDF) बताता है कि किसी दिए गए बिंदु पर एक सतह से प्रकाश कैसे परावर्तित होता है। PBR सामग्री विशिष्ट BRDFs का उपयोग करती है जो भौतिक सिद्धांतों पर आधारित होती हैं, जैसे कुक-टोरेंस BRDF।
• पर्यावरण का नमूना लेना: ग्लोबल इल्यूमिनेशन की गणना करते समय, आपको सतह पर आने वाले प्रकाश की मात्रा का अनुमान लगाने के लिए आसपास के वातावरण का नमूना लेने की आवश्यकता होती है। यह पर्यावरण मानचित्रों का उपयोग करके या सीधे दृश्य का नमूना लेने के लिए किरणों का पता लगाकर किया जा सकता है।
• ऊर्जा संरक्षण लागू करना: PBR सामग्री ऊर्जा का संरक्षण करती है, जिसका अर्थ है कि एक सतह से परावर्तित प्रकाश की कुल मात्रा उस पर पड़ने वाले प्रकाश की मात्रा से अधिक नहीं हो सकती है। यह बाधा यह सुनिश्चित करने में मदद करती है कि लाइटिंग यथार्थवादी दिखती है।

कुक-टोरेंस BRDF PBR रेंडरिंग के लिए एक लोकप्रिय विकल्प है क्योंकि इसे लागू करना अपेक्षाकृत सरल है और यह यथार्थवादी परिणाम उत्पन्न करता है। इसमें तीन मुख्य घटक होते हैं:

• डिफ्यूज टर्म: प्रकाश का प्रतिनिधित्व करता है जो सतह से डिफ्यूज रूप से बिखरा हुआ होता है। यह आमतौर पर लैम्बर्ट के कोसाइन कानून का उपयोग करके गणना की जाती है।
• स्पेकुलर टर्म: प्रकाश का प्रतिनिधित्व करता है जो सतह से स्पेकुलर रूप से परावर्तित होता है। यह घटक एक माइक्रोफ़ेसेट मॉडल का उपयोग करके गणना की जाती है, जो मानता है कि सतह छोटे, पूरी तरह से परावर्तित माइक्रोफ़ेसेट्स से बनी है।
• ज्यामिति फ़ंक्शन: माइक्रोफ़ेसेट्स के मास्किंग और छायांकन का हिसाब रखता है।
• फ्रेस्नेल टर्म: विभिन्न कोणों पर सतह से परावर्तित प्रकाश की मात्रा का वर्णन करता है।
• वितरण फ़ंक्शन: माइक्रोफ़ेसेट नॉर्मल के वितरण का वर्णन करता है।

प्रदर्शन संबंधी विचार

रे ट्रेसिंग, विशेष रूप से ग्लोबल इल्यूमिनेशन के साथ, कम्प्यूटेशनल रूप से मांग वाली है। WebGL में रियल-टाइम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए सावधानीपूर्वक अनुकूलन और हार्डवेयर क्षमताओं पर विचार करने की आवश्यकता है।

यहां कुछ प्रमुख प्रदर्शन अनुकूलन तकनीकें दी गई हैं:

• बाउंडिंग वॉल्यूम पदानुक्रम (BVHs): रे-सीन इंटरसेक्शन टेस्ट की संख्या को कम करने के लिए BVHs या अन्य स्थानिक त्वरण संरचनाओं का उपयोग करें।
• रे बैचिंग: GPU उपयोग को बेहतर बनाने के लिए बैचों में किरणों को संसाधित करें।
• अनुकूली सैंपलिंग: छवि के उन क्षेत्रों पर कम्प्यूटेशनल संसाधनों को केंद्रित करने के लिए अनुकूली सैंपलिंग तकनीकों का उपयोग करें जिन्हें अधिक नमूनों की आवश्यकता होती है।
• डीनॉइजिंग: रेंडर की गई छवियों में शोर को कम करने के लिए डीनॉइजिंग एल्गोरिदम लागू करें, जिससे प्रति पिक्सेल कम नमूनों की अनुमति मिलती है। अस्थायी संचय भी अंतिम छवि को डीनॉइज करने में मदद कर सकता है।
• हार्डवेयर त्वरण: उपलब्ध होने पर हार्डवेयर रे ट्रेसिंग एक्सटेंशन का लाभ उठाएं।
• कम रिज़ॉल्यूशन: कम रिज़ॉल्यूशन पर रेंडर करें और प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए छवि को अपस्केल करें।
• प्रगतिशील रेंडरिंग: जल्दी से एक प्रारंभिक निम्न-गुणवत्ता वाली छवि प्रदर्शित करने के लिए प्रगतिशील रेंडरिंग का उपयोग करें और फिर समय के साथ इसे धीरे-धीरे परिष्कृत करें।
• शेडर्स को अनुकूलित करें: शेडिंग गणना की कम्प्यूटेशनल लागत को कम करने के लिए शेडर कोड को सावधानीपूर्वक अनुकूलित करें।

चुनौतियां और भविष्य की दिशाएं

जबकि WebGL रे ट्रेसिंग ग्लोबल इल्यूमिनेशन में अपार संभावनाएं हैं, कई चुनौतियां बनी हुई हैं:

• हार्डवेयर आवश्यकताएँ: रे ट्रेसिंग प्रदर्शन अंतर्निहित हार्डवेयर पर बहुत अधिक निर्भर करता है। सभी डिवाइस हार्डवेयर रे ट्रेसिंग का समर्थन नहीं करते हैं, और प्रदर्शन विभिन्न GPUs में काफी भिन्न हो सकता है।
• जटिलता: रे ट्रेसिंग एल्गोरिदम को लागू करना और उन्हें मौजूदा WebGL एप्लीकेशंस के साथ एकीकृत करना जटिल और समय लेने वाला हो सकता है।
• प्रदर्शन अनुकूलन: रियल-टाइम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए अनुकूलन में महत्वपूर्ण प्रयास और हार्डवेयर सीमाओं पर सावधानीपूर्वक विचार करने की आवश्यकता है।
• ब्राउज़र समर्थन: व्यापक रूप से अपनाने के लिए रे ट्रेसिंग एक्सटेंशन के लिए सुसंगत ब्राउज़र समर्थन महत्वपूर्ण है।

इन चुनौतियों के बावजूद, WebGL रे ट्रेसिंग का भविष्य आशाजनक दिख रहा है। जैसे-जैसे हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर विकसित होते रहेंगे, हम वेब एप्लीकेशंस में अधिक परिष्कृत और प्रदर्शनकारी रे ट्रेसिंग तकनीकों को शामिल होते हुए देखने की उम्मीद कर सकते हैं। WebGPU इसे साकार करने में एक प्रमुख भूमिका निभाएगा।

इस क्षेत्र में भविष्य के शोध और विकास पर ध्यान केंद्रित हो सकता है:

• बेहतर रे ट्रेसिंग एल्गोरिदम: अधिक कुशल और मजबूत रे ट्रेसिंग एल्गोरिदम विकसित करना जो वेब-आधारित वातावरण के लिए उपयुक्त हों।
• उन्नत डीनॉइजिंग तकनीकें: अधिक प्रभावी डीनॉइजिंग एल्गोरिदम बनाना जो न्यूनतम प्रदर्शन प्रभाव के साथ रे ट्रेस की गई छवियों में शोर को कम कर सकें।
• स्वचालित अनुकूलन: हार्डवेयर क्षमताओं और दृश्य जटिलता के आधार पर रे ट्रेसिंग प्रदर्शन को स्वचालित रूप से अनुकूलित करने के लिए उपकरण और तकनीकें विकसित करना।
• AI के साथ एकीकरण: AI और मशीन लर्निंग का लाभ उठाना ताकि रे ट्रेसिंग प्रदर्शन और गुणवत्ता में सुधार हो सके, जैसे कि AI का उपयोग डीनॉइजिंग को तेज करने या बुद्धिमानी से दृश्य का नमूना लेने के लिए।

निष्कर्ष

WebGL रे ट्रेसिंग ग्लोबल इल्यूमिनेशन वेब एप्लीकेशंस में भौतिक रूप से सटीक लाइटिंग प्राप्त करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम का प्रतिनिधित्व करता है। रे ट्रेसिंग और PBR की शक्ति का लाभ उठाकर, डेवलपर्स अधिक यथार्थवादी और इमर्सिव 3D अनुभव बना सकते हैं जो एक समय में केवल ऑफलाइन रेंडरिंग वातावरण में ही संभव थे। जबकि चुनौतियां बनी हुई हैं, हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर में चल रही प्रगति एक ऐसे भविष्य के लिए मार्ग प्रशस्त कर रही है जहां रियल-टाइम रे ट्रेसिंग वेब ग्राफिक्स की एक मानक विशेषता बन जाती है। जैसे-जैसे तकनीक परिपक्व होती है, हम नेत्रहीन आश्चर्यजनक और इंटरैक्टिव वेब एप्लीकेशंस की एक नई लहर का अनुमान लगा सकते हैं जो आभासी और वास्तविक दुनिया के बीच की रेखा को धुंधला करती हैं। इंटरैक्टिव उत्पाद कॉन्फ़िगरेटर और वास्तुशिल्प विज़ुअलाइज़ेशन से लेकर इमर्सिव गेमिंग अनुभव और वर्चुअल रियलिटी एप्लीकेशंस तक, WebGL रे ट्रेसिंग ग्लोबल इल्यूमिनेशन में वेब पर 3D सामग्री के साथ बातचीत करने के तरीके में क्रांति लाने की क्षमता है।