पाथ ट्रेसिंग और रे ट्रेसिंग क्या है? और वे ग्राफिक्स में सुधार क्यों करते हैं?

यदि आपने हाल ही में गेमिंग और ग्राफ़िक्स समाचारों पर जरा भी नज़र डाली है, तो आपने नवीनतम और सबसे बड़ा मूलमंत्र सुना है: रे ट्रेसिंग। आपने पथ अनुरेखण नामक एक समान-ध्वनि वाला शब्द भी सुना होगा। और आपको पूरी तरह से माफ किया जा सकता है क्योंकि आप पूरी तरह से समझ नहीं पा रहे हैं कि इनमें से कोई एक प्रक्रिया क्या है।

एक सरल व्याख्या यह है कि पथ अनुरेखण और किरण अनुरेखण दोनों ग्राफिकल तकनीकें हैं, जिसके परिणामस्वरूप काफी अधिक कम्प्यूटेशनल शक्ति की कीमत पर अधिक यथार्थवादी दिखने वाली छवियां होती हैं। YouTube पर एक Minecraft वीडियो है जो किरण अनुरेखण के विशेष पहलुओं को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करता है, लेकिन यह एक सिस्टम पर पड़ने वाले तनाव को भी दिखाता है।

यदि आपको केवल यही स्पष्टीकरण चाहिए, तो बढ़िया! लेकिन अगर आप गहरी खुदाई करना चाहते हैं और यह पता लगाना चाहते हैं कि प्रत्येक तकनीक कैसे काम करती है और GPU हार्डवेयर कंपनियां रे ट्रेसिंग-सक्षम कार्ड के लिए एक छोटा भाग्य क्यों चार्ज कर रही हैं, तो पढ़ें।

रास्टराइजेशन और कंप्यूटर ग्राफिक्स

आपके द्वारा कंप्यूटर स्क्रीन पर प्रदर्शित कोई भी छवि उस छवि के रूप में प्रारंभ नहीं हुई थी। यह या तो रेखापुंज या वेक्टर छवि के रूप में शुरू होता है। रेखापुंज छवि छायांकित पिक्सेल के संग्रह से बनी होती है।

एक वेक्टर छवि गणितीय सूत्रों पर आधारित होती है जिसका अर्थ है कि छवि को आकार में लगभग अनिश्चित काल तक बढ़ाया जा सकता है। वेक्टर छवियों का नकारात्मक पक्ष यह है कि अधिक सटीक विवरण प्राप्त करना मुश्किल है। वेक्टर(Vector) छवियों का सबसे अच्छा उपयोग तब किया जाता है जब केवल कुछ रंगों की आवश्यकता होती है।

रास्टरराइजेशन की मुख्य ताकत इसकी गति है, खासकर रे ट्रेसिंग जैसी तकनीकों की तुलना में। आपका GPU , या ग्राफ़िक्स प्रोसेसिंग यूनिट, गेम को छोटे आकार, अक्सर त्रिभुजों से एक 3D छवि बनाने के लिए कहेगा। इन त्रिकोणों को अलग-अलग पिक्सेल में बदल दिया जाता है और फिर स्क्रीन पर दिखाई देने वाली छवि बनाने के लिए एक शेडर के माध्यम से रखा जाता है।

वीडियो गेम ग्राफिक्स के लिए रास्टराइजेशन लंबे समय से जाने-माने विकल्प रहा है क्योंकि इसे कितनी जल्दी संसाधित किया जा सकता है, लेकिन जैसे-जैसे वर्तमान तकनीक अपनी सीमाओं के खिलाफ टक्कर लगती है, अगले स्तर तक तोड़ने के लिए और अधिक उन्नत तकनीकों की आवश्यकता होती है। यहीं से रे ट्रेसिंग आती है।

रे(Ray) ट्रेसिंग रैस्टराइजेशन की तुलना में कहीं अधिक यथार्थवादी दिखता है, जैसा कि नीचे दी गई छवि से पता चलता है। चाय के बर्तन और चम्मच पर प्रतिबिंबों को देखें।

रे ट्रेसिंग क्या है?

सतह के स्तर पर, किरण अनुरेखण एक छत्र शब्द है जिसका अर्थ है प्रकाश और वस्तु के एक चौराहे से लेकर फोटोरिअलिज़्म को पूरा करने तक सब कुछ। आज उपयोग किए जाने वाले सबसे आम संदर्भ में, रे ट्रेसिंग एक प्रतिपादन तकनीक को संदर्भित करता है जो एक निर्धारित बिंदु से प्रकाश की किरण (पिक्सेल में) का अनुसरण करता है और अनुकरण करता है कि जब यह वस्तुओं का सामना करता है तो यह कैसे प्रतिक्रिया करता है।

एक क्षण लें और उस कमरे की दीवार को देखें जिसमें आप हैं। क्या दीवार पर कोई प्रकाश स्रोत है, या प्रकाश किसी अन्य स्रोत से दीवार से परावर्तित होता है? रे(Ray) ट्रेस किए गए ग्राफिक्स आपकी आंख से शुरू होंगे और दीवार पर आपकी दृष्टि की रेखा का अनुसरण करेंगे, और फिर दीवार से प्रकाश स्रोत तक प्रकाश के मार्ग का अनुसरण करेंगे।

ऊपर दिया गया चित्र दिखाता है कि यह कैसे काम करता है। नकली "आँखें" (इस आरेख में कैमरा) का कारण GPU पर लोड को कम करना है ।

क्यों? खैर, रे ट्रेसिंग बिल्कुल नई नहीं है। यह वास्तव में काफी समय से आसपास है। पिक्सर(Pixar) अपनी कई फिल्मों को बनाने के लिए रे ट्रेसिंग तकनीकों का उपयोग करता है, लेकिन उच्च-निष्ठा, फ्रेम-बाय-फ्रेम ग्राफिक्स उन प्रस्तावों पर प्राप्त करता है जिन्हें पिक्सर(Pixar) प्राप्त करता है।

बहुत(A lot) समय। मॉन्स्टर्स यूनिवर्सिटी(Monsters University) के कुछ फ़्रेमों में प्रत्येक को 29 घंटे की रिपोर्ट दी गई। टॉय स्टोरी 3(Toy Story 3 ) ने प्रति फ्रेम औसतन 7 घंटे का समय लिया, जिसमें कुछ फ़्रेमों में वायर्ड की 2010 की कहानी के अनुसार 39 घंटे का समय लगा।(Wired. )

चूंकि फिल्म हर सतह से प्रकाश के प्रतिबिंब को चित्रित करती है, जिससे चित्रमय शैली का निर्माण होता है जिसे सभी जानते हैं और प्यार करते हैं, काम का बोझ लगभग अकल्पनीय है। रे ट्रेसिंग तकनीकों को केवल वही देख सकता है जो आंख देख सकती है, गेम आपके ग्राफिक्स प्रोसेसर को (शाब्दिक) मेल्टडाउन किए बिना तकनीक का उपयोग कर सकते हैं।

नीचे दी गई छवि पर एक नज़र डालें।

यह एक तस्वीर नहीं है, भले ही यह कितनी वास्तविक दिखती हो। यह एक रे-ट्रेस्ड इमेज है। कल्पना करने की कोशिश करें कि इस तरह दिखने वाली छवि बनाने के लिए कितनी शक्ति की आवश्यकता है। एक किरण का पता लगाया जा सकता है और बिना किसी परेशानी के संसाधित किया जा सकता है, लेकिन जब वह किरण किसी वस्तु से टकराती है तो क्या होता है?

एक किरण 10 किरणों में बदल सकती है, और वे 10 किरणें 100 में बदल सकती हैं, इत्यादि। वृद्धि घातीय है। एक बिंदु के बाद, तृतीयक और चतुर्धातुक से परे बाउंस और प्रतिबिंब कम रिटर्न प्रदर्शित करते हैं। दूसरे शब्दों में, उन्हें गणना करने और प्रदर्शित करने के लिए उनके मूल्य से कहीं अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है। एक छवि प्रस्तुत करने के लिए, कहीं न कहीं एक सीमा खींचनी पड़ती है।  

अब कल्पना करें कि प्रति सेकंड 30 से 60 बार ऐसा करें। खेलों में किरण अनुरेखण तकनीकों का उपयोग करने के लिए आवश्यक शक्ति की मात्रा है। यह निश्चित रूप से प्रभावशाली है, है ना?

समय के साथ किरण अनुरेखण में सक्षम ग्राफिक्स कार्ड की प्राप्ति बढ़ती जाएगी, और अंततः यह तकनीक 3D ग्राफिक्स के रूप में आसानी से उपलब्ध हो जाएगी। अभी के लिए, हालांकि, रे ट्रेसिंग को अभी भी कंप्यूटर ग्राफिक्स का अत्याधुनिक माना जाता है। तो पथ अनुरेखण कैसे चलन में आता है?

पथ अनुरेखण क्या है?

पथ(Path) अनुरेखण एक प्रकार का किरण अनुरेखण है। यह उस छतरी के नीचे आता है, लेकिन जहां किरण अनुरेखण मूल रूप से 1968 में सिद्धांतित किया गया था, पथ अनुरेखण 1986 तक दृश्य पर नहीं आया था (और परिणाम अब उतने नाटकीय नहीं थे।)

पहले बताई गई किरणों में घातीय वृद्धि याद रखें? पथ(Path) अनुरेखण इसका समाधान प्रदान करता है। प्रतिपादन के लिए पथ अनुरेखण का उपयोग करते समय, किरणें प्रति उछाल केवल एक किरण उत्पन्न करती हैं। किरणें प्रति उछाल एक निर्धारित रेखा का अनुसरण नहीं करती हैं, बल्कि एक यादृच्छिक दिशा में शूट करती हैं।

पथ अनुरेखण एल्गोरिथ्म तब अंतिम छवि बनाने के लिए सभी किरणों का एक यादृच्छिक नमूना लेता है। इसके परिणामस्वरूप विभिन्न प्रकार की प्रकाश व्यवस्था, लेकिन विशेष रूप से वैश्विक रोशनी के नमूने लिए जाते हैं।

पथ अनुरेखण के बारे में एक दिलचस्प बात यह है कि शेड्स के उपयोग के माध्यम से प्रभाव का अनुकरण किया जा सकता है। हाल ही में एक निन्टेंडो स्विच एमुलेटर के लिए एक शेडर पैच दिखाई दिया, जिसने खिलाड़ियों को (Nintendo Switch)द लीजेंड ऑफ ज़ेल्डा: ब्रेथ ऑफ़ द वाइल्ड(The Legend of Zelda: Breath of the Wild) और सुपर मारियो ओडिसी(Super Mario Odyssey.) जैसे शीर्षकों में वैश्विक रोशनी के पथ का अनुकरण करने की अनुमति दी । जबकि प्रभाव अच्छे दिखते हैं, वे सच्चे पथ अनुरेखण के रूप में पूर्ण नहीं हैं।

पथ(Path) अनुरेखण किरण अनुरेखण का सिर्फ एक रूप है। जबकि इसे छवियों को प्रस्तुत करने का सबसे अच्छा तरीका माना जाता था, पथ अनुरेखण अपनी खामियों के साथ आता है।

लेकिन अंत में, पथ अनुरेखण और किरण अनुरेखण दोनों का परिणाम बिल्कुल सुंदर चित्र है। अब जब उपभोक्ता-श्रेणी की मशीनों में हार्डवेयर इस बिंदु पर पहुंच गया है कि वीडियो गेम में वास्तविक समय में रे ट्रेसिंग संभव है, तो उद्योग एक ऐसी सफलता हासिल करने के लिए तैयार है जो लगभग 2 डी से 3 डी ग्राफिक्स के कदम के रूप में प्रभावशाली है।

हालाँकि, यह अभी भी कुछ समय होगा - कम से कम कई साल - इससे पहले कि आवश्यक हार्डवेयर को "सस्ती" माना जाएगा। अभी तक, आवश्यक ग्राफिक्स कार्ड की कीमत भी $1,000 से अधिक है।



Vicky Krishnan

About the author

मैं 10 से अधिक वर्षों के अनुभव के साथ एक कंप्यूटर पेशेवर हूं। अपने खाली समय में, मुझे ऑफिस डेस्क पर मदद करना और बच्चों को इंटरनेट का उपयोग करना सिखाना पसंद है। मेरे कौशल में बहुत सी चीजें शामिल हैं, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि मुझे पता है कि लोगों को समस्याओं को हल करने में कैसे मदद करनी है। अगर आपको किसी ऐसे व्यक्ति की ज़रूरत है जो आपकी किसी अत्यावश्यक चीज़ में मदद कर सके या बस कुछ बुनियादी सुझाव चाहते हों, तो कृपया मुझसे संपर्क करें!


Related posts