WebGL nurlarni kuzatish kengaytmalari: Internetda apparat vositasida tezlashtirilgan nurlarni kuzatishni ishga tushirish

Ko'p yillar davomida nurlarni kuzatish (ray tracing) kompyuter grafikasining muqaddas grali bo'lib, aniq yoritish, aks ettirish va soyalar bilan fotorealistik tasvirlarni va'da qilib keldi. An'anaviy ravishda hisoblash intensivligi tufayli oflayn renderlash uchun mo'ljallangan bo'lsa-da, apparat ta'minotidagi so'nggi yutuqlar real vaqtda nurlarni kuzatishni haqiqatga aylantirdi. Endi, WebGL nurlarni kuzatish kengaytmalari paydo bo'lishi bilan, bu kuchli texnologiya veb-ga asoslangan grafikalarda inqilob qilishga tayyor.

Nurlarni kuzatish nima?

Nurlarni kuzatish - bu yorug'likning sahnadagi ob'ektlar bilan o'zaro ta'sirini simulyatsiya qiluvchi renderlash usulidir. Poligonlarni rasterizatsiya qilish o'rniga, nurlarni kuzatish kameradan chiqayotgan yorug'lik nurlarining yo'lini kuzatib boradi va ularni ob'ektlar bilan kesishguncha sahna bo'ylab kuzatadi. Har bir nurning rangi va intensivligini hisoblash orqali, nurlarni kuzatish realistik yoritish, aks ettirish va soyalar bilan tasvirlarni yaratadi.

Ushbu effektlarni taxminiy hisoblaydigan rasterizatsiyadan farqli o'laroq, nurlarni kuzatish yorug'lik transportining jismoniy jihatdan aniqroq tasvirini beradi, bu esa ajoyib vizual effektlarga olib keladi. Biroq, bu aniqlik katta hisoblash xarajatlari evaziga keladi, bu esa real vaqtda nurlarni kuzatishni qiyin vazifaga aylantiradi.

Apparat vositasida tezlashtirilgan nurlarni kuzatishning yuksalishi

An'anaviy nurlarni kuzatishning hisoblash cheklovlarini yengib o'tish uchun grafik karta ishlab chiqaruvchilari nurlarni kuzatish hisob-kitoblarini tezlashtirish uchun maxsus apparat vositalarini ishlab chiqdilar. NVIDIA-ning RTX va AMD-ning Radeon RX seriyalari kabi texnologiyalar, real vaqtda nurlarni kuzatishni amalga oshirishga imkon beradigan, unumdorlikni sezilarli darajada oshiradigan maxsus nurlarni kuzatish yadrolarini o'z ichiga oladi.

Ushbu apparat yutuqlari misli ko'rilmagan realizm darajasiga erishish uchun nurlarni kuzatishdan foydalanadigan yangi renderlash usullariga yo'l ochdi. O'yinlar, simulyatsiyalar va boshqa ilovalar endi nurlar bilan kuzatilgan aks ettirishlar, soyalar, global yoritish va boshqalarni o'z ichiga olib, immersiv va vizual jihatdan ajoyib tajribalarni yaratmoqda.

WebGL nurlarni kuzatish kengaytmalari: Nurlarni kuzatishni vebga olib kirish

Veb-brauzerlar ichida interaktiv 2D va 3D grafikalarni renderlash uchun standart API bo'lgan WebGL an'anaviy ravishda rasterizatsiyaga tayangan. Biroq, nurlarni kuzatish kengaytmalari joriy etilishi bilan WebGL endi apparat vositasida tezlashtirilgan nurlarni kuzatish quvvatidan foydalanishga qodir. Bu veb-ga asoslangan grafika uchun cheksiz imkoniyatlar dunyosini ochadi, dasturchilarga to'g'ridan-to'g'ri brauzerda yanada realistik va qiziqarli tajribalar yaratish imkonini beradi.

Ushbu kengaytmalar JavaScript va GLSL (OpenGL Shading Language), ya'ni WebGL tomonidan ishlatiladigan sheyding tili orqali asosiy nurlarni kuzatish apparatiga kirish mexanizmini ta'minlaydi. Ushbu kengaytmalardan foydalangan holda, dasturchilar nurlarni kuzatishni o'z veb-ilovalariga integratsiya qilib, maxsus nurlarni kuzatish apparatining unumdorlik afzalliklaridan foydalanishlari mumkin.

Asosiy WebGL nurlarni kuzatish kengaytmalari:

• GL_EXT_ray_tracing: Bu asosiy kengaytma WebGL da nurlarni kuzatish uchun poydevor yaratadi, fundamental nurlarni kuzatish funksiyalari va ma'lumotlar tuzilmalarini belgilaydi. U dasturchilarga tezlashtirish tuzilmalarini yaratish, nurlarni ishga tushirish va nurlarni kuzatish natijalariga kirish imkonini beradi.
• GL_EXT_acceleration_structure: Bu kengaytma tezlashtirish tuzilmalarini belgilaydi, ular nurlarni sahna geometriyasi bilan samarali kesishishini ta'minlash uchun ishlatiladigan ierarxik ma'lumotlar tuzilmalaridir. Tezlashtirish tuzilmalarini qurish va boshqarish nurlarni kuzatishda muhim qadamdir, chunki u unumdorlikka sezilarli ta'sir ko'rsatadi.
• GL_EXT_ray_query: Bu kengaytma to'qnashuv masofasi, to'qnashgan geometriya va kesishish nuqtasidagi sirt normali kabi nurlarni kuzatish natijalarini so'rash mexanizmini ta'minlaydi. Bu ma'lumotlar sheyding va yoritish hisob-kitoblari uchun zarurdir.

WebGL nurlarni kuzatishning afzalliklari

Nurlarni kuzatish kengaytmalarining WebGL ga kiritilishi bir nechta muhim afzalliklarni taqdim etadi:

• Yaxshilangan vizual sifat: Nurlarni kuzatish aks ettirishlar, soyalar va global yoritishni yanada realistik renderlash imkonini beradi, bu esa vizual jihatdan ajoyib va immersiv veb-tajribalarga olib keladi.
• Yaxshilangan unumdorlik: Apparat vositasida tezlashtirilgan nurlarni kuzatish an'anaviy rasterizatsiyaga asoslangan texnikalarga qaraganda sezilarli unumdorlikni oshiradi, bu esa yanada murakkab va batafsil sahnalarni yaratishga imkon beradi.
• Yangi ijodiy imkoniyatlar: Nurlarni kuzatish veb-dasturchilar uchun yangi ijodiy imkoniyatlarni ochadi, ularga ilgari imkonsiz bo'lgan innovatsion va vizual jihatdan jozibali ilovalarni yaratish imkonini beradi.
• Platformalararo muvofiqlik: WebGL platformalararo API bo'lib, WebGL yordamida ishlab chiqilgan nurlarni kuzatish ilovalari mos keluvchi brauzer va apparat ta'minotiga ega har qanday qurilmada ishlaydi.
• Qulaylik: WebGL nurlarni kuzatish ilovalarini joylashtirish uchun qulay va ochiq platformani taqdim etadi, chunki foydalanuvchilar ularga hech qanday qo'shimcha dasturiy ta'minot o'rnatmasdan shunchaki veb-brauzer orqali kirishlari mumkin.

WebGL nurlarni kuzatishning qo'llanilish sohalari

WebGL nurlarni kuzatish turli sohalarda keng ko'lamli potentsial qo'llanilishlarga ega:

• O'yinlar: Nurlarni kuzatish veb-ga asoslangan o'yinlarning vizual sifatini oshirishi, yanada immersiv va realistik o'yin tajribalarini yaratishi mumkin. Nurlar bilan kuzatilgan aks ettirishlar va soyalarga ega birinchi shaxs otishmasini o'ynashni yoki realistik global yoritishga ega virtual dunyoni o'rganishni tasavvur qiling.
• Mahsulot vizualizatsiyasi: Nurlarni kuzatish mahsulotlarning realistik renderlarini yaratish uchun ishlatilishi mumkin, bu esa mijozlarga xarid qilishdan oldin ularni batafsil ko'rib chiqish imkonini beradi. Masalan, mebel sotuvchisi o'z mahsulotlarining teksturasi va yoritilishini virtual ko'rgazma zalida namoyish etish uchun nurlarni kuzatishdan foydalanishi mumkin.
• Arxitektura vizualizatsiyasi: Arxitektorlar binolar va interyerlarning realistik vizualizatsiyalarini yaratish uchun nurlarni kuzatishdan foydalanishlari mumkin, bu esa mijozlarga o'z dizaynlarini batafsil o'rganish imkonini beradi. Bu mijozlarga dizaynni yaxshiroq tushunishga va ongli qarorlar qabul qilishga yordam beradi. Binoning virtual modelini realistik yoritish va aks ettirishlar bilan o'rganishni tasavvur qiling, bu sizga u hali qurilmasdan oldin makonni his qilish imkonini beradi.
• Virtual reallik (VR) va To'ldirilgan reallik (AR): Nurlarni kuzatish VR va AR tajribalarining realizmini oshirishi, yanada immersiv va qiziqarli muhitlarni yaratishi mumkin. Masalan, nurlarni kuzatish VR o'yinida realistik soyalar va aks ettirishlarni yaratish uchun yoki AR ilovasida virtual ob'ektlarni real dunyoga aniq joylashtirish uchun ishlatilishi mumkin.
• Ilmiy vizualizatsiya: Nurlarni kuzatish suyuqlik dinamikasi simulyatsiyalari yoki molekulyar tuzilmalar kabi murakkab ilmiy ma'lumotlarni vizualizatsiya qilish uchun ishlatilishi mumkin. Bu olimlarga o'z ma'lumotlarini yaxshiroq tushunishga va yangi kashfiyotlar qilishga yordam beradi.
• Ta'lim: Nurlarni kuzatish interaktiv ta'lim simulyatsiyalarini yaratish uchun ishlatilishi mumkin, bu esa talabalarga murakkab tushunchalarni vizual jihatdan qiziqarli tarzda o'rganish imkonini beradi. Masalan, fizika simulyatsiyasi yorug'lik harakatini aniq simulyatsiya qilish uchun nurlarni kuzatishdan foydalanishi mumkin, bu esa talabalarga optika printsiplarini vizualizatsiya qilish imkonini beradi.

Texnik jihatlar

WebGL nurlarni kuzatish ko'plab afzalliklarni taqdim etsa-da, yodda tutish kerak bo'lgan bir nechta texnik jihatlar ham mavjud:

• Apparat talablari: Nurlarni kuzatish NVIDIA RTX yoki AMD Radeon RX seriyali GPUlar kabi maxsus apparat ta'minotini talab qiladi. Nurlarni kuzatishdan foydalanadigan ilovalar bu apparat ta'minoti bo'lmagan tizimlarda ishlamaydi yoki yomon ishlaydi.
• Unumdorlikni optimallashtirish: Nurlarni kuzatish hisoblash jihatidan intensiv bo'lishi mumkin, shuning uchun yaxshi unumdorlikka erishish uchun sahna va nurlarni kuzatish kodini optimallashtirish muhimdir. Bu tafsilot darajasi (LOD) va adaptiv namuna olish kabi usullardan foydalanishni o'z ichiga olishi mumkin.
• Tezlashtirish tuzilmasini boshqarish: Tezlashtirish tuzilmalarini qurish va boshqarish nurlarni kuzatish unumdorligi uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega. Dasturchilar tezlashtirish tuzilmasini tanlash va sahna o'zgarganda uni yangilash strategiyasini diqqat bilan ko'rib chiqishlari kerak.
• Sheyder murakkabligi: Nurlarni kuzatish sheyderlari murakkab bo'lishi mumkin va GLSL hamda nurlarni kuzatish algoritmlarini yaxshi tushunishni talab qiladi. Dasturchilar samarali va samarador nurlarni kuzatish sheyderlarini yozish uchun yangi usullarni o'rganishlari kerak bo'lishi mumkin.
• Nosozliklarni tuzatish: Nurlarni kuzatish kodidagi nosozliklarni tuzatish qiyin bo'lishi mumkin, chunki u alohida nurlarning yo'llarini kuzatishni o'z ichiga oladi. Dasturchilar xatolarni aniqlash va tuzatish uchun maxsus nosozliklarni tuzatish vositalaridan foydalanishlari kerak bo'lishi mumkin.

Misol: WebGL da nurlar bilan kuzatilgan aks ettirishlarni amalga oshirish

Keling, nurlarni kuzatish kengaytmalaridan foydalanib WebGL da nurlar bilan kuzatilgan aks ettirishlarni qanday amalga oshirishning soddalashtirilgan misolini ko'rib chiqaylik. Ushbu misol sizda kamera, sahna grafigi va materiallar tizimi bilan oddiy WebGL sahnasi o'rnatilgan deb taxmin qiladi.

1. Tezlashtirish tuzilmasini yaratish:

   Birinchidan, sahna geometriyasini ifodalovchi tezlashtirish tuzilmasini yaratishingiz kerak. Buni GL_EXT_acceleration_structure kengaytmasi yordamida amalga oshirish mumkin. Tezlashtirish tuzilmasi nurlarni sahna bilan samarali kesishishini ta'minlash uchun ishlatiladi.

2. Nur hosil qiluvchi sheyderni yozish:

   Keyin, kameradan nurlarni ishga tushiradigan nur hosil qiluvchi sheyderni yozishingiz kerak. Ushbu sheyder ekrandagi piksellar bo'ylab iteratsiya qiladi va har bir piksel uchun nur hosil qiladi.

   Quyida nur hosil qiluvchi sheyderning soddalashtirilgan misoli keltirilgan:

               #version 460 core
   #extension GL_EXT_ray_tracing : require
   
   layout(location = 0) rayPayloadInEXT vec3 hitValue;
   
   layout(binding = 0, set = 0) uniform accelerationStructureEXT topLevelAS;
   layout(binding = 1, set = 0) uniform CameraData {
       mat4 viewInverse;
       mat4 projectionInverse;
   } camera;
   
   layout(location = 0) out vec4 outColor;
   
   void main() {
       vec2 uv = vec2(gl_LaunchIDEXT.x, gl_LaunchIDEXT.y) / vec2(gl_LaunchSizeEXT.x, gl_LaunchSizeEXT.y);
       vec4 ndc = vec4(uv * 2.0 - 1.0, 0.0, 1.0);
       vec4 viewSpace = camera.projectionInverse * ndc;
       vec4 worldSpace = camera.viewInverse * vec4(viewSpace.xyz, 0.0);
       vec3 rayOrigin = vec3(camera.viewInverse[3]);
       vec3 rayDirection = normalize(worldSpace.xyz - rayOrigin);
   
       RayDescEXT rayDesc;
       rayDesc.origin = rayOrigin;
       rayDesc.direction = rayDirection;
       rayDesc.tMin = 0.001;
       rayDesc.tMax = 1000.0;
   
       traceRayEXT(topLevelAS, gl_RayFlagsOpaqueEXT, 0xFF, 0, 0, 0, rayDesc, hitValue);
   
       outColor = vec4(hitValue, 1.0);
   }
   
               
   
                 
                   Copy
                 
               
             

3. Eng yaqin to'qnashuv sheyderini yozish:

   Siz shuningdek, nur ob'ekt bilan kesishganda bajariladigan eng yaqin to'qnashuv sheyderini yozishingiz kerak. Ushbu sheyder kesishish nuqtasida ob'ektning rangini hisoblaydi va uni to'qnashuv qiymati sifatida qaytaradi.

   Quyida eng yaqin to'qnashuv sheyderining soddalashtirilgan misoli keltirilgan:

               #version 460 core
   #extension GL_EXT_ray_tracing : require
   
   layout(location = 0) rayPayloadInEXT vec3 hitValue;
   
   hitAttributeEXT vec3 attribs;
   
   layout(location = 0) attributeEXT vec3 normal;
   
   void main() {
       vec3 n = normalize(normal);
       hitValue = vec3(0.5) + 0.5 * n;
   }
   
               
   
                 
                   Copy
                 
               
             

4. Nurlarni kuzatish konveyerini ishga tushirish:

   Nihoyat, nurlarni kuzatish konveyerini ishga tushirishingiz kerak. Bu tezlashtirish tuzilmasini, nur hosil qiluvchi sheyderni va eng yaqin to'qnashuv sheyderini bog'lashni va keyin nurlarni kuzatish hisob-kitoblarini yuborishni o'z ichiga oladi.

5. Aks ettirishlarni amalga oshirish:

   Eng yaqin to'qnashuv sheyderida shunchaki sirt rangini qaytarish o'rniga, aks ettirish vektorini hisoblang. Keyin, aks etgan ob'ektning rangini aniqlash uchun aks etish yo'nalishi bo'yicha yangi nur ishga tushiring. Bu nurlarni kuzatish konveyerini rekursiv ravishda chaqirishni (cheksiz tsikllardan qochish uchun cheklovlar bilan) yoki aks ettirishlar uchun alohida bosqichdan foydalanishni talab qiladi. Yakuniy rang sirt rangi va aks etgan rangning kombinatsiyasi bo'ladi.

   Bu soddalashtirilgan misol bo'lib, real dunyodagi amalga oshirish bir nechta sakrashlarni boshqarish, turli yorug'lik manbalarini namuna olish va antialiasingni qo'llash kabi murakkabroq hisob-kitoblarni o'z ichiga oladi. Nurlarni kuzatish hisoblash jihatidan qimmat bo'lishi mumkinligini yodda tutib, unumdorlikni doimo hisobga oling.

WebGL nurlarni kuzatishning kelajagi

WebGL nurlarni kuzatish hali rivojlanishning dastlabki bosqichida, ammo u veb-ga asoslangan grafikalarni o'zgartirish potentsialiga ega. Apparat vositasida tezlashtirilgan nurlarni kuzatish kengroq tarqalgach, ushbu texnologiyani o'z ichiga olgan veb-ilovalarni tobora ko'proq ko'rishimiz mumkin. Bu turli sohalarda yanada realistik va qiziqarli veb-tajribalarga olib keladi.

Bundan tashqari, WebGL uchun mas'ul bo'lgan Khronos Group tashkiloti doirasidagi davom etayotgan rivojlanish va standartlashtirish sa'y-harakatlari, ehtimol, API ning yanada takomillashtirilishiga va brauzer sotuvchilari tomonidan ko'proq qabul qilinishiga olib keladi. Bu nurlarni kuzatishni veb-dasturchilar uchun yanada qulayroq qiladi va WebGL nurlarni kuzatish ekotizimining o'sishini tezlashtiradi.

WebGL nurlarni kuzatishning kelajagi porloq va kelgusi yillarda biz yanada hayajonli o'zgarishlarni kutishimiz mumkin. Texnologiya yetuklashgani sari, u veb-ga asoslangan grafika uchun yangi imkoniyatlarni ochadi va immersiv hamda vizual jihatdan ajoyib tajribalarning yangi avlodini yaratadi.

Global ta'sir va qulaylik

WebGL nurlarni kuzatishning paydo bo'lishi yuqori sifatli grafikalarga global kirish imkoniyatiga sezilarli ta'sir ko'rsatish potentsialiga ega. An'anaviy yuqori darajadagi grafik ilovalar ko'pincha maxsus apparat va dasturiy ta'minotni talab qiladi, bu esa ularning yetarli resurslarga ega bo'lgan shaxslar va tashkilotlar uchun qulayligini cheklaydi.

WebGL, veb-ga asoslangan texnologiya bo'lgani uchun, yanada demokratik yondashuvni taklif etadi. Foydalanuvchilar mos keluvchi brauzer va apparat ta'minotiga (nurlarni kuzatishga qodir integratsiyalashgan grafikalarning qabul qilinishi bilan tobora keng tarqalmoqda) ega bo'lsalar, ular ushbu ilg'or grafik imkoniyatlardan foydalanishlari mumkin. Bu, ayniqsa, yuqori darajadagi apparat ta'minotiga kirish cheklangan yoki maxsus dasturiy litsenziyalar qimmat bo'lgan mintaqalarda foydalidir.

Bundan tashqari, WebGL ning platformalararo tabiati ilovalarning ish stoli va noutbuklardan tortib mobil telefonlar va planshetlargacha bo'lgan keng doiradagi qurilmalarda ishlashini ta'minlaydi. Bu nurlarni kuzatish texnologiyasining qamrovini yanada kengaytirib, uni kengroq global auditoriyaga ochiq qiladi.

Biroq, apparat imkoniyatlariga asoslangan raqamli bo'linish potentsialini tan olish muhimdir. Nurlarni kuzatishga qodir apparat ta'minoti tobora keng tarqalayotgan bo'lsa-da, u hali ham universal emas. Dasturchilar turli apparat konfiguratsiyalariga moslasha oladigan masshtablanuvchan ilovalar yaratishga intilishlari kerak, bu esa kamroq quvvatli qurilmalarga ega bo'lgan foydalanuvchilar ham ijobiy tajribaga ega bo'lishini ta'minlaydi.

Xulosa

WebGL nurlarni kuzatish kengaytmalari veb-ga asoslangan grafika evolyutsiyasida muhim qadamdir. Apparat vositasida tezlashtirilgan nurlarni kuzatishni veb-brauzerlarga olib kelish orqali, bu kengaytmalar yanada realistik, qiziqarli va immersiv tajribalar yaratish uchun cheksiz imkoniyatlar dunyosini ochadi. Garchi yodda tutish kerak bo'lgan texnik jihatlar mavjud bo'lsa-da, WebGL nurlarni kuzatishning afzalliklari shubhasizdir va biz uning kelajakda vebda tobora muhim rol o'ynashini kutishimiz mumkin.

Texnologiya yetuklashib, kengroq qabul qilingan sari, u veb-dasturchilarga ilgari tasavvur qilib bo'lmaydigan innovatsion va vizual jihatdan ajoyib ilovalarni yaratish imkonini beradi. Veb-grafikaning kelajagi porloq va WebGL nurlarni kuzatish ushbu evolyutsiyaning asosiy harakatlantiruvchi kuchi bo'lishga tayyor.