Process ray. Луч производственного процесса

Что такое трассировка лучей?

Process ray. Луч производственного процесса

Чтобы начать разговор о трассировке лучей необходимо разобраться, как свет «работает» в реальном мире. Если вкратце, то свет выходит из источника, а затем отражается, поглощается или рассеивается в зависимости от текстуры объекта, на который попадает.

После серии «прыжков» от одного объекта к другому свет в конце концов достигает наших глаз и преобразуется в визуальную стимуляцию нашего мозга.Общее количество лучей света, одновременно «прыгающих» с места на место, невозможно сосчитать. И любое изменение в положении объектов в пространстве будет на них влиять.

Например, если мы поставим в комнате зеркало, свет будет отражаться от него, делая ее ярче. Поскольку в обычной ситуации имеется множество источников света, объектов и текстур, траектория световых лучей, как правило, бывает невероятно сложной.

Суть трассировки лучей состоит в отслеживании пути, который проходит каждый луч света от человеческого глаза до источника света. Как мы отметили выше, имеется несчетное количество лучей, одновременно «перескакивающих» с одних объектов на другие, и обработка такой информации – гигантская задача для компьютера.

Например, расчет реалистичного освещения посредством трассировки лучей в анимационном фильме обычно занимает дни или даже месяцы.

Вот почему этот метод нельзя было применять в компьютерных играх, ведь видеокарта должна выдавать в секунду до 60 кадров – и каждый кадр с идеальным освещением! Благодаря развитию графических процессоров, примером чему является новейшая серия NVIDIA RTX, трассировка лучей со временем будет применяться во всем большем количестве игр. До этого момента 3D-рендеринг в основном осуществляется методом растеризации, который является более простым (впрочем, сам процесс рендеринга все равно остается достаточно сложным).

Что такое растеризация?

При растеризации трехмерные объекты создаются с помощью миллионов полигонов и треугольников. Каждый полигон или треугольник содержит информацию о своем положении в пространстве, цвете, текстуре и ориентации. И каждый треугольник, из которого состоит модель, преобразуется в пиксели определенного цвета на плоском экране.

Чтобы добиться более высокого качества изображения, при преобразовании трехмерных объектов в двухмерное изображение на экране применяются дополнительные приемы. Во-первых, это шейдинг, суть которого заключается в изменении цвета треугольника в зависимости от того, как на него падает свет, и как текстура объекта с этим светом взаимодействует.

Как будто на трехмерную модель наносится слой краски, соответствующий определенному световому эффекту. Также в специальном буфере хранится информация о глубине, чтобы компьютер мог определить, какие части объектов следует отобразить на экране, а какие скрыты другими поверхностями или объектами и поэтому отображаться не должны.

Все это звучит достаточно сложно, но в целом достаточно просто: растеризация – это процесс определения того, какой цвет лучше всего подходит треугольникам в зависимости от расчета световых эффектов, положения треугольников, их цвета и текстуры. Вся эта информация о треугольниках преобразуется в пиксели на экране.

Монитор, в свою очередь, играет роль художника, который использует данные, полученные в результате растеризации, чтобы окрасить те или иные участки экрана в нужный цвет. При рендеринге методом трассировки лучей изображение получается путем отслеживания пути, который луч света проходит от окна просмотра (т.е. монитора) до каждого объекта, от которого он отражается, вплоть до источника этого луча.

Во время отслеживания траектории лучей компьютер будет способен симулировать все эффекты их взаимодействия с различными поверхностями. Отражение, рефракция, тени на различных текстурах (гладких, грубых, прозрачных, цветных) – все это принимается в расчет. Результат – гораздо более реалистичное отображение света и тени по сравнению с растеризацией.

Хотя существует множество приемов, которые применяются для искусственного повышения реализма игровых сцен, трассировка лучей продолжает оставаться самым полноценным решением. Может возникнуть вопрос, почему путь, которым движутся световые лучи, отслеживается от окна просмотра до источника света, а не наоборот.

Если цель 3D-рендеринга заключается в симуляции реального мира, не будет ли более реалистичным обсчитывать лучи, начиная с их источника? Причина состоит в эффективности. Источник света испускает бессчетное число лучей, и компьютеру пришлось бы обрабатывать такой объем данных в течение дней, а то и месяцев. При этом далеко не все лучи попадают в наше окно просмотра.

Иными словами, мы их не увидим, а значит обсчитывать их было бы пустой тратой времени. Во время игры наше окно просмотра постоянно меняется, поскольку игровой персонаж постоянно перемещается, однако многие лучи света так никогда в него и не попадут. Таким образом, отслеживание лучей «задом наперед» из окна просмотра, чтобы обсчитывать лишь те, которые будут видны пользователю, является более эффективным с точки зрения использования ресурсов компьютера.

Как давно используется трассировка лучей?

Трассировка лучей вот уже много лет используется во множестве областей, включая киноиндустрию, архитектуру, дизайн интерьеров. Если вы – геймер, то, вероятно, обратили на нее внимание лишь после выпуска новейших видеокарт NVIDIA серии RTX, в которых реализована поддержка этого метода.

С развитием видеокарт мы будем видеть все больше игр, использующих трассировку лучей для создания реалистичного изображения.
Для тех, кто желает получить максимум уже сегодня, самое время приобщиться самим к этой тенденции, ведь будущее технологии трассировки лучей выглядит очень перспективно.

Компания MSI уже выпустила несколько мощных видеокарт с процессорами серии RTX, с помощью которых вы сможете поднять свою игру и качество изображения на новый уровень. Загляните на страницу-описание серии RTX, чтобы узнать больше о ее особенностях. Мониторы для технологии трассировки лучейТрассировка лучей – это свет и тени.

Когда активируется данная технология, в игре часто возникают сцены с очень яркими и очень темными фрагментами, как в реальной жизни. Однако для монитора может оказаться затруднительным передать столь сильный контраст.

Монитор с низкой динамической контрастностью зачастую жертвует детализацией темных участков, чтобы лучше отобразить самые яркие, и в результате вся сцена может выглядеть так, словно ее покрыли слоем серой краски, сделав все цвета менее сочными. Чтобы полностью раскрыть потенциал трассировки лучей, необходим монитор с отличной контрастностью.

И это определяется исключительно типом его ЖК-панели.Для производства мониторов сейчас используются панели трех типов: VA, IPS и TN.

Наилучшей контрастностью обладают VA-панели, в то время как IPS- и TN-панели попросту уничтожают все преимущества технологии трассировки лучей по отображению света и тени, выводя на экран сероватую картинку без глубокого черного цвета.

Кроме того, VA-панели предлагают другие важные для игр преимущества, в том числе низкое время отклика (1 мс), широкие углы обзора и отличную цветопередачу. Они доступны в виде мониторов с эргономичным изогнутым экраном. Поэтому, чтобы испытать все преимущества технологии трассировки лучей, мы настоятельно рекомендуем вам приобрести монитор именно с VA-панелью.

Будучи по-настоящему геймерской компанией, MSI выбирает для своих игровых мониторов VA-панели. Познакомиться с ними можно здесь. Войдите в эру трассировки лучей с помощью изогнутого игрового монитора MSI – вам гарантировано улучшенное качество изображения, о котором вы не смели и мечтать!

В дополнение к мониторам MSI предлагается приложение Gaming OSD 2.0, в котором теперь имеется специальный режим трассировки лучей. В этом режиме эффект от использования нового метода рендеринга усиливается, чтобы обеспечить еще более высокое качество картинки. Чтобы познакомиться с возможностями приложения Gaming OSD 2.0, щелкните здесь, либо просто приобретите игровой монитор MSI!

Источник: https://ru.msi.com/blog/what-is-ray-tracing

Революция в графике? Что такое трассировка лучей в новых видеокартах Nvidia

Process ray. Луч производственного процесса

Nvidia наконец-то представила новое поколение видеокарт — и на смену GTX приходят RTX на архитектуре Turing, специально заточенные под технологию трассировки лучей. Компания считает, что за Ray Tracing будущее компьютерной графики. Разбираемся, что это такое.

Ray Tracing или трассировка лучей — одна из редких технологий компьютерной графики, принцип которой довольно просто объяснить.

Достаточно посмотреть вокруг: все, что мы видим — это отраженные от объектов лучи света, улавливаемые нашими глазами.

Даже сейчас, когда вы читаете этот текст, миллиарды фотонов достигают ваших зрительных органов, вся эта информация обрабатывается мозгом, и из нее и создается «изображение» в вашей голове.

В общем, да, можно даже сказать, что вся видимая нами реальность — это лишь отраженный свет.

Трассировка лучей — это технология рендеринга (то есть отрисовки, создания) трехмерной графики, где используется этот принцип. Специальный алгоритм отслеживает путь луча от объекта освещения, а затем создает симуляцию того, как он взаимодействует с объектами: отражается, преломляется и так далее.

Как вы уже могли догадаться, Ray Tracing позволяет создавать невероятно реалистичное освещение, практически неотличимое от реального.

Алгоритм принимает во внимание, где именно луч света касается объекта, учитывает свойства поверхности и вычисляет, как в таких случаях поведет себя этот луч, где он начнет рассеиваться, где — отражаться от других объектов, где сменит цвет, а где отбросит тень.

В каком-то смысле трассировка лучей — это такая попытка симулировать человеческое зрение. И она гораздо сложнее классического и использующегося сейчас в играх метода рендеринга — растеризации.

При растеризации компьютер постоянно конвертирует трехмерную графику в двухмерные пиксели и, собственно, выводит их на экран. Большая часть эффектов, тех же теней или бликов сейчас создается благодаря шейдерам — именно шейдеры превращают статичные пиксели в тот самый «графон».

В общем, если Ray Tracing — это симуляция, то растеризация — симуляция симуляции. Однако у трассировки лучей есть один гигантский недостаток — она невероятно, изуверски требовательно к ресурсам.

Обсчитать такое количество лучей, отследить путь каждого из них, вычислить преломления, воссоздать эффект прозрачности, — все это для видеокарты очень непросто.

При создании CGI-графики и трехмерных мультфильмов с этим мирятся — там один кадр может сутки рендериться, но вот в играх, где считаться все должно в реальном времени, да еще и при приемлемой частоте кадров… Именно поэтому трассировка лучей долгое время была «Священным Граалем» игрового 3D. И именно поэтому современные трехмерные мультфильмы такие красивые, а некоторые вообще выглядят так, словно кто-то поставил камеру в волшебный мир и заснял все прямо как есть.

карты на архитектуре Turing — первые специально «заточенные» под технологию трассировки лучей в истории. Конечно, пока речь идет о гибридном рендеринге — большая часть объектов будет рендериться с помощью растеризации, но свет и тени, отражения, — здесь и проявит себя Ray Tracing.

На презентации Nvidia показала несколько геймплейных видео, в которых наглядна видно, как конкретно трассировка лучей влияет на изображение.

Возьмем, к примеру, пару одинаковых сцен (первый снимок — с выключенной трассировкой лучей, второй — с включенной):

Разница очевидна. При включенной RTX тени от каждого источника освещения обсчитываются индивидуально. Например, тело мальчика отбрасывает от света свечи отчетливую и очень мягкую тень, которая плавно переходит в тьму, смешиваясь с другими тенями. То же самое можно сказать и о других людях в кадре.

Еще один пример из Shafow of the Tomb Raider. Посмотрите, как мягко смешиваются тени на земле, в том числе и со светом:

А вот один из моих любимых примеров — сцена из Metro Exodus:

На первом снимке комната слишком сильно освещена, и в реальной жизни она бы выглядела не так. Источник света в сцене только один — окно, а потому гораздо более «темный» вариант с использованием RTX — это именно то, что увидели бы ваши глаза, стой вы на пороге помещения.

Ну и напоследок — отражения от поверхностей из Battlefield V. Все это рендерится в реальном времени.

Список игр, поддерживающих RTX, будет пополняться со временем. Под опцией RTX понимаются две функции: собственно, трассировка лучей, а также так называемая технология DLSS. Если вкратце, то DLSS — это сглаживание с помощью машинного обучения. DLSS тоже полагается на отдельный чип внутри видеокарты двадцатой серии.

В теории, DLSS позволит устранять лесенки с границ объектов без снижения производительности.

Поэтому стоит пояснить из этого списка: часть игр будет выполнять трассировку лучей в реальном времени, другая часть — использовать DLSS, еще одна — и то, и другое. Пока что новая технология заявлена в следующих тайтлах:

Ray Tracing:

  • Assetto Corsa Competizione from Kunos Simulazioni
  • Atomic Heart
  • Battlefield V
  • Control
  • Enlisted
  • Justice
  • JX3
  • MechWarrior 5: Mercenaries
  • Metro Exodus
  • ProjectDH
  • Shadow of the Tomb Raider

DLSS:

  • Ark: Survival Evolved
  • Atomic Heart
  • Dauntless
  • Final Fantasy XV
  • Fractured Lands
  • Hitman 2
  • Islands of Nyne
  • Justice
  • X3
  • Mechwarrior 5: Mercenaries
  • PlayerUnknownʼs Battlegrounds
  • Remnant: From
  • Serious Sam 4: Planet Badass
  • Shadow of the Tomb Raider
  • The Forge Arena from
  • We Happy Few

Сообщается, что видеокарты на архитектуре Turing справляются с эффектами RTX до десяти раз быстрее, чем топовые на данный момент флагманы 1080 и 1080 TI.

Но вы должны понимать, что речь идет только о трассировки лучей и DLSS! Насколько новые «карточки» быстрее аналогов десятой серии в обычных играх и в играх с отключенным RTX, NVIDIA не сообщила даже на презентации.

То есть нужно ждать бенчмарков. Может быть и так, что RTX-задачи 20** работают реально в десять быстрее своих аналогов десятой серии, но в целом при обработке 3D выигрывают лишь на 10-15%.

Конечно, такой жирный инфоповод, как анонс новых видеокарт Nvidia, не мог пройти мимо интернет-общественности, и в сети появилось огромное количество мемов, в шуточной форме демонстрирующих, как же именно RTX превращает «текстурки из палеозоя» в «божественный ГРАФОН».

Мы собрали для вас целую галерею — смотрите по ссылке.

Источник: https://kanobu.ru/articles/revolyutsiya-vgrafike-chto-takoe-trassirovka-luchej-372475/

Создание ассетов с твердой поверхностью в реальном времени с помощью UE4

Process ray. Луч производственного процесса

В прошлом году совместно с друзьями я начал работу над проектом компьютерной анимации при помощи Unreal Engine 4.

Для организации рабочего процесса нужно было выстроить целостный производственный процесс, включающий создание ассетов, затенение, освещение, визуальные эффекты и вывод результатов рендеринга.

Поэтому я старался использовать несколько видов программных решений. В моей профессиональной деятельности этот проект оказался действительно сложным и интересным опытом.

Цели

Насколько известно, вскоре разработчики игр смогут использовать метод трассировки лучей в режиме реального времени. Поэтому, для экспериментов с особенностями этой технологии я хотел создать соответствующие стандартные ассеты.

Однако самая последняя версия Unreal Engine (4.22.0) пока находится на стадии предварительной сборки. Без помощи справочного материала я немного поэкспериментировал с трассировкой лучей, но в процессе возникли некоторые проблемы.

Таким образом, эти изображения получены с помощью растеризации.

Методы создания ассетов с твердой поверхностью в реальном времени

По большому счету, есть 3 метода создания ассетов с твердой поверхностью современного поколения (с режимом реального времени). Представленные ниже методы могут быть использованы с помощью пайплайна слоистого материала для улучшения качества затенения (хотя я не использовал пайплайн слоистого материала в этой сцене).

Традиционный метод запекания моделей — High to Low (от высокополигонального до низкополигонального меша)

Преимущества:

  1. Очень надежный способ.
  2. Подходит для скульптурного меша, полученного из конвертации кривых + меша, экспортированного из коммерческих программ.

Недостатки:

  1. Требуется высокополигональный и топологизированный низкополигональный меш.
  2. Низкое качество детализации при приближении.

Меш нормали со взвешенными гранями + покраска карты нормали

Преимущества:

  1. Весьма эффективный способ.
  2. Не требуется высокополигональный меш.
  3. Гибкость детализации (гибкие возможности текстурирования при помощи карты нормалей и высот).

Недостатки:

  1. Низкое качество детализации при увеличении.

Меш нормали со взвешенными гранями + усовершенствованная деколь + техника текстурирования POM (Parallax Occlusion Mapping)

Преимущества:

  1. Не требуется высокополигональный меш.
  2. Гибкость детализации (гибкие возможности текстурирования при помощи карты нормалей и высот).
  3. Высокое качество детализации при увеличении.

Недостатки:

  1. Необходим профессиональный опыт выстраивания производственного процесса.

В данном случае, моя главная цель — трассировка лучей в реальном времени. Однако я слышал, что в ранней сборке программы деколи и полупрозрачные материалы могут не поддерживаться. Поэтому я использовал второй метод для построения сцены.

Работа над геометрией

Обычно я проектирую и создаю геометрию в 3 шага. Что считается вполне нормальной практикой.

Формирование сцены. Самый первый этап. Он демонстрирует структуру сцены.

Детализация. На этой стадии я вырезаю меши и фаски кромок, чтобы создать более подробный ассет. Но даже представленное ниже изображение не очень детализировано. Тем не менее, этот меш я доработаю на этапе текстурирования.

Завершение. Очищаю меши, разворачиваю UV-преобразование и корректирую нормали со взвешенными гранями.

Ранее я публиковал процесс проектирования. Однако вы можете ознакомиться с ним и здесь:

Материалы

После развернутого UV-преобразования я проверил плотность текстуры каждого меша. Затем обнаружил, что даже текстура с разрешением 4K не может удержать важные детали. Поэтому я отделил два набора текстур для одного меша.

В данном случае представлены 5 различных материалов: белая краска, яркий металл, темный металл, черная резина (пластик), латунь.

Все подробные карты нормалей окрашены в Substance Painter. Думаю, это самая важная часть работы в данном пайплайне. Как правило, мы используем некоторые научно-фантастические альфа-карты (многие из которых можно приобрести в онлайн-магазине ассетов) для проектирования детальной нормали. Однако в некоторых случаях существует проблема несовпадающего стиля.

В основном она касается статических, а не процедурных карт. Это означает, что нет параметра для смещения альфа-форм. По этой причине я решил создать собственный стиль. Затем возникла другая проблема: за короткий период времени я не мог создать настолько огромную библиотеку. Поэтому совместил возможности Substance Designer и Substance Painter.

Ниже изложена основная идея.

В этом проекте я использую очень простой цвет. Поэтому на ранней стадии разработки изображения кажутся черно-белыми. Однако впоследствии я использовал некоторые красные/синие/черные/желтые полосы и деколи, чтобы разбавить черно-белый визуальный эффект.

Производительность графического процессора и алгоритм освещения прошлого поколения не позволяли представить чистые и отражающие материалы.

Таким образом, мы достигли хороших результатов рендеринга с помощью высокодетализированных текстур. В играх предыдущего поколения несложно найти примеры небрежных и неприглядных материалов.

Однако теперь они выглядят намного более аккуратными и красивыми.

Кристаллический материал

Трудно объяснить создание этого материала с помощью текста и изображения, но я постараюсь сделать все возможное:

(пояснения на изображении)

Я поместил нод Френеля в цветовую схему текстуры ramp (линейный градиент) для получения простого эффекта смещения цвета. По этой причине материалы показывают разные цвета под разными углами.

Я использовал две разные текстуры и функцию bump offset (смещение рельефа) для создания параллактического смещения прожилок в кристалле (? parallax crack). Этот способ имитирует визуальную глубину при перемещении камеры.

Металлический:1, Шероховатость:0, Зеркальный умножитель:1

Прозрачность и рефракция обусловлены функциональным нодом Френеля. Используя этот метод, я получил переход между центром и боковой поверхностью. Также я ввел карту толщины, чтобы исправить непрозрачность кромки кристаллического меша.

Освещение

Освещение зависит от дизайна потолка. Поэтому перед погружением в UE4, я спроектировал освещение с помощью Octane Render. Визуализация в автономном режиме получается достаточно точной. Поэтому я могу использовать ее в качестве референса.

Эта сцена имеет очень небольшое пространство. Однако сверху представлено 8 основных источников света. В данной ситуации я не мог сделать их полностью стационарными. По этой причине решил их разделить: 4 были стационарными, а остальные 4 — передвижными.

В UE4 при работе с металлами параметр просчета освещения обладает некоторыми проблемами. В моем случае, я не могу получить необходимые результаты при использовании настроек по умолчанию. Поэтому я увеличиваю диффузию в 3 раза в разделе меш и в 1,3 раза в lightmass. Если не акцентировать внимание на данный недостаток, настройки просчета освещения довольно просты.

Оригинальный материал на 80.lv

Источник: https://ue4daily.com/blog/real-time-ray-tracing-asset-in-ue4

4.6 Угловой коэффициент и его связь с поступлением тепла и влаги в помещение

Process ray. Луч производственного процесса

При одновременном выделении в помещении избыточного тепла и влаги, воздух будет нагреваться и увлажняться по линии, называемой угловым коэффициентом (или лучом процесса, либо тепловлажностным отношением)

где: ∑QП — суммарное количество полного тепла, кДж/ч;

∑W — суммарное количество влаги, кг/ч.

При ∑ QП = 0 → ε = 0

При ∑W = 0 → ε = ∞

Процессы перехода воздуха из одного состояния в другое на поле J-d диаграммы изображаются прямыми линиями (лучами), проходящими через точки, соответствующие начальному и конечному состоянию влажного воздуха.

Уравнение перехода представляет собой уравнение пучка прямых, положение которых на J — d диаграмме определяется точкой 1 начального состояния воздуха точка 1 – J1, d1 и величиной тепло-влажностного коэффициента ε, представляющего собой отношение изменения энтальпии воздуха к изменению его влагосодержания

где: ε – тепло-влажностный (или угловой) коэффициент линии процесса, иначе называемый лучом процесса, который характеризует изменение состояния воздуха, кДж/кг.

Характер изменения состояния воздуха определяется величиной (или направлением) тепло-влажностного коэффициента ε.

Рассмотрим характерные случаи изменения состояния влажного воздуха и их схематичное изображение на J — d диаграмме. Для удобства изображения возьмём систему прямоугольных (Декартовых) координат.

Случай 1.

Влажный воздух, имеющий начальные параметры J1 и d1 (точка 1) подвергается нагреванию при неизменном влагосодержании, т.е. d1 = d2 = const.

Линия 1-2 показывает изменение состояния влажного воздуха при нагревании его без подвода и отвода влаги.

Нагревание при постоянном влагосодержании осуществляется, например, в калориферах. При нагревании воздуха повышается его температура и энтальпия, понижается относительная влажность.

Луч процесса изображается вертикальной прямой, параллельной линии d = const и направлен снизу вверх. Точка 1 соответствует начальному состоянию воздуха, точка 2 – конечному.

Величина тепло-влажностного (углового) коэффициента ε = ∞ при условии, что J2 > J1.

Случай 2

Влажный воздух одновременно поглощает тепло и влагу (т.е. нагревается и увлажняется).

Если начальное состояние воздуха определяется теми же параметрами J1 и d1 (точка 1), а конечное состояние воздуха будет определяться параметрами J3 и d3 (точка 3), то при J3 >J1 и d3 > d1 направление луча процесса будет соответствовать линии 1-3.

Линия 1-3 показывает изменение состояния влажного воздуха с одновременным нагреванием и увлажнением.

Такое изменение параметров влажного воздуха происходит в обслуживаемых помещениях.

В этом случае воздух, обработанный в кондиционере с параметрами J1 и d1, поступает в помещение, где в результате ассимиляции теплоты и влаги приобретает параметры J3 и d3.

Случай 3

Влажный воздух поглощает влагу d4 > d1 при неизменной энтальпии J1 = J4 = const. Значит, если процесс происходит при постоянной энтальпии, луч, характеризующий это изменение состояния, должен быть параллелен линии J = const.

Величина углового коэффициента искомого луча ε = 0.

Такие процессы называют адиабатными, т.е. протекающими при постоянной энтальпии воздуха.

Линия 1-4 показывает изменение состояния влажного воздуха при увлажнении без подвода и отвода теплоты.

Адиабатное увлажнение, т.е. повышение влагосодержания при постоянной энтальпии, широко применяется в системах кондиционирования, в частности в оросительной камере, где с помощью форсунок производится распыление воды.

Температура испаряемой воды постепенно устанавливается равной температуре воздуха по мокрому термометру. Воздух, находясь в контакте с водой, имеющей температуру мокрого термометра *_tм, теряет явную теплоту, которая затрачивается на испарение воды. В то же время воздух получает такое же количество скрытой теплоты с водяными парами.

Энтальпия воздуха остаётся постоянной, поскольку притока теплоты со стороны практически нет, т.е. J1 = J4 = const.

Процесс изображается на J-d диаграмме линией 1-4. Точка 1 показывает начальное состояние влажного воздуха.

Изменение состояния происходит по линии J = const.

Практически в камерах орошения воздух удаётся увлажнять до значения относительной влажности φ = 90-95% . Этому соответствует точка 4.

Случай 4

Влажный воздух отдаёт теплоту (J1 > J5) при неизменном влагосодержании (d1 = d5 = const), т.е. процесс, как и в первом случае, будет характеризоваться лучом, параллельном линии d = const, но направление его будет от точки 1 не вверх, а вниз. Значение тепло-влажностного коэффициента ε = — ∞.

Линия 1-5 показывает изменение состояния влажного воздуха при охлаждении без подвода и отвода влаги.

Охлаждение воздуха при d=const, как и нагревание его, может осуществляться в поверхностных воздухоохладителях. Луч процесса охлаждения направлен вертикально вниз из точки 1 к точке 5. При «глубоком» охлаждении воздуха луч процесса может быть вертикально продолжен до точки росы ТР, расположенной на линии относительной влажности φ=100%.

Дальнейшее охлаждение воздуха будет идти по линии насыщения и сопровождаться конденсацией водяных паров и осушкой воздуха, т.е. будет уменьшаться влагосодержание воздуха.

Охлаждение влажного воздуха при d=const может осуществляться лишь до точки росы.

Случай 5

Влажный воздух отдаёт теплоту (J1 > J6) и влагу (d1 > d6), т.е. происходит охлаждение и осушка воздуха.

Значение углового коэффициента в этом случае ε > 0.

Линия 1-6 показывает изменение состояния влажного воздуха при одновременном охлаждении и осушении.

Приращение энтальпии ∆J и приращение влагосодержания ∆d имеют отрицательные значения, поэтому направление процесса изменения состояния воздуха будет характеризоваться лучом 1-6, имеющим направление от точки 1 к точке 6.

Такой процесс может происходить как в камере орошения кондиционера, так и в других установках для обработки воздуха. Для охлаждения и осушки воздуха в оросительной камере должна установиться температура ниже точки росы, что достигается подачей к распылительным форсункам охлаждённой воды.

Случай 6

Влажный воздух, имеющий параметры J1, d1 (точка 1) отдаёт влагу (d1 > d7) при постоянной энтальпии (J1 = J7 = const), т.е. воздух осушается. При этом тепло-влажностный коэффициент ε = 0.

Линия 1-7 показывает изменение состояния влажного воздуха при осушении без подвода и отвода теплоты.

Приращение влагосодержания в этом случае будет отрицательным и направление луча процесса будет от точки 1 к точке 7.

Процесс осушки воздуха при J=const можно осуществлять с помощью абсорбентов, например концентрированных растворов солей хлористого кальция, хлористого лития и др., а также с помощью адсорбентов, например, силикагеля.

По совокупности всех рассмотренных шести случаев, J-d диаграмма, по отношению к внутреннему воздуху, разбивается на 4 зоны (см. рисунок 6).

  • I зонаε от ∞ до 0  — это нагрев и увлажнение;
  • II зонаε от 0 до — ∞  — это охлаждение и увлажнение;
  • III зонаε от — ∞ до 0  — это охлаждение и осушка;
  • IV зонаε от 0 до +∞ — это нагрев и осушка — в вентиляции и кондиционировании не используется.

Процессы, не являющиеся основными, называются политропическими.

Изотермический процессt = constхарактеризуется значениемε = 2530 кДж/кг H2O.

Источник: https://www.hvac-school.ru/biblioteka/tepl_balans/diagramma_vlazhnogo_vozduha/uglovoi_koehfficient/

Как работает Ray Tracing и как он отличается в играх? Часть 1

Process ray. Луч производственного процесса

Поскольку в данная статься очень объемная, мы решили разделить ее на две части. Вторую вы можете прочитать здесь.

Несколько месяцев назад компания Nvidia практически в одиночку решила расширить внедрение технологии Ray Tracing, после чего некоторые разработчики игр и игровых движков решили поддержать развитие данной технологии.

Недавнее обновление драйвера для GTX видеокарт позволяет использовать Ray Tracing миллионам новых пользователей и некоторые, самые производительные карты смогут пополнить ряды приверженцев новой технологии.

Вместе с тем и сама технология трассировки лучей находит все большее применение в игровой индустрии.

При попытке объяснить сложную технологию рендеринга простым языком, все может скатиться к излишнему упрощению, в особенности если этим занимаются отделы маркетинга и продаж. Вместе с тем при попытке объяснить, что же на самом деле такое трассировка лучей и как она работает мы можем столкнуться с непониманием того, почему эта технология столь важна и революционна.

Самые выгодные предложения видеокарт на этой неделе

Мы хотим углубиться не только в тему того, чем на самом деле является трассировка лучей, но и также в конкретные методы трассировки. Дополнительно постараемся объяснить, как эти методы работают и почему важны.

Наша задача состоит не только в том, чтобы получить более детальное представление о том, почему трассировка лучей важна и почему Nvidia делает на нее большую ставку, но также и в том, чтобы показать вам как определить различия между сценами с трассировкой лучей и без нее, и подчеркнуть почему такие сцены выглядят лучше.

Краткий экскурс в компьютерную графику и растеризацию

Создание виртуальной симуляции окружающего нас мира – это крайне сложная задача. Настолько сложная, что никто по-настоящему даже не пытался достичь этого в играх.

Забудьте на мгновение о гравитации и физике, просто подумайте о том, как мы видим мир вокруг нас. Бесконечное число фотонов (пучков света) движется вокруг, отражаясь и проходя сквозь объекты.

И все это основано на молекулярных свойствах каждого объекта.

При попытке симулировать «бесконечность» с помощью ограниченного количества ресурсов, например, компьютера, неминуемо приведет к неудаче. Необходимо использовать разумные допущения, которые и применяются при рендеринге графики в современных играх.

Этот процесс называется растеризацией. Вместо того чтобы рассматривать бесконечное количество объектов, поверхностей и фотонов он начинается с полигонов – в частности, треугольников. Игры перешли от использования сотен полигонов к миллионам, а растеризация превращает все эти данные в 2D фреймы (кадры) на ваших мониторах.

В этом понятии много математики, но если постараться объяснить человеческим языком, то растеризация определяет какую часть экрана покрывает каждый полигон.

При близком рассмотрении один треугольник может покрывать всю площадь экрана, однако при большем удалении и взгляде под углом, он может покрывать лишь несколько пикселей.

Как только пиксели были определены, необходимо наложить текстуры и просчитать освещение.

Делать это для каждого полигона, для каждого кадра крайне расточительно, поскольку множество полигонов могут быть не видны в текущий момент (скрыты за другими полигонами).

За прошедшие годы различные графические методы и оборудование улучшились, что позволило значительно ускорить растеризацию.

Современные игры могут учитывать миллионы потенциально видимых полигонов и обрабатывать их с невероятной скоростью.

Сравнение технологий растризации и трассировки лучей

Разработчики прошли путь от примитивных полигонов с «фальшивыми» источниками освещения (как например в оригинальном Quake), к более сложным окружениям с картами теней, мягкими тенями, освещением Ambient Occlusion, тесселяцией, отражениями пространства экрана и другими графическими методами, чтобы попытаться создать более приближенные к реальному игровые миры. Это может потребовать миллиардов вычислений для каждого фрейма, однако с современными ГПУ, способными обрабатывать несколько терафлопс (триллионов операций в секунду) данных эта проблема решаема.

Что такое Ray Tracing?

Трассировка лучей – это иной подход, впервые освященный Тернером Уитедом в 1979 году в труде «Улучшенная модель освещения для затененного дисплея» (PDF версия).

Тернер описал, как рекурсивно рассчитать трассировку лучей, чтобы получить впечатляющее изображение с тенями, отражениями и многим другим. (Не случайно, что Тернер Уитед теперь работает в исследовательском отделе Nvidia.

) Проблема в том, что для этого требуются гораздо более сложные вычисления, чем при растеризации.

Трассировка лучей включает в себя отслеживание пути луча (света) в 3D сцене. Необходимо спроецировать луч на один пиксель в 3D сцене, чтобы узнать на какой конкретно полигон он попадает, а затем следует раскрасить этот полигон в соответствующий цвет.

На практике необходимо рассчитать намного больше лучей на один пиксель, чтобы получить хороший результат, поскольку, как только луч достигает объекта необходимо просчитать источники освещения, которые могут достичь этой точки полигона (дополнительные лучи), и вместе с тем просчитать дополнительные лучи основываясь на свойствах полигона (его способность к отражениям, цвет материала, форму и т.д.).

Пример сложной сцены, требующей сложного просчета трассировки лучей

Чтобы определить количество света, падающего на один пиксель от одного источника света, для формулы трассировки лучей должны быть известны насколько далеко распространяется свет, его яркость и угол отражающей поверхности относительно угла источника света. Только после нахождения этих значений возможно просчитать то, как отражается луч. Затем процесс повторяется для остальных источников света, включая косвенное освещение от других объектов в сцене. Расчеты должны быть применены к материалам с учетом их коэффициентов диффузного и зеркального отражения. Прозрачные или полупрозрачные поверхности, такие как стекло или вода преломляют лучи, создавая дополнительные сложности при рендеринге. Вместе с тем все обязательно имеет искусственный предел отражения, потому что без него лучи могут отражаться бесконечно.

В чем разница между Windows 10 Home и Pro?

По сообщениям Nvidia наиболее часто используемый алгоритм трассировки лучей – это Bounding Volume Hierarchy Traversal (обход иерархии ограничивающих объемов). Это то, что используется в DXR (DirectX Ray Tracing) API и то, что ускоряют RT ядра Nvidia.

Основная идея состоит в том, чтобы оптимизировать вычисления пересечения луча/треугольника. Возьмите сцену с тысячами объектов, каждый с потенциально тысячами полигонов и затем попытайтесь выяснить какие полигоны пересекают лучи. Это серьезная проблема поиска, которая требует много времени для подбора.

BVH ускоряет этот процесс создавая древо объектов, каждый из которых заключен в собственный блок.

Как определить полигон, с которым пересекается луч?

В качестве примера Nvidia использует модель кролика, которую пересекает луч. На самом верхнем уровне BVH блок содержит в себе всю модель кролика и вычисления определяют, что луч пересек этот блок. Если же блок пересечен не был, то и никакой работы над этим блоком/объектом/BVH производить не требуется.

Поскольку в нашем случае пересечение было установлено, BVH алгоритм получает набор меньших блоков для пересекаемого объекта и в конечном итоге находит точку, расположенную на голове кролика.

Дополнительные BVH пересечения происходят до тех пор, пока алгоритм не получит фактический список полигонов, которые он затем может проверить, чтобы определить с каким полигоном пересекается луч.

С помощью BVH алгоритма последовательно определяются блоки, содержащие требуемый полигон

Эти BVH вычисления могут быть выполнены при помощи программного обеспечения как на ЦПУ, так и на ГПУ, однако выделенное оборудование может ускорить этот процесс на порядок. RT ядра карт Nvidia RTX циклически выполняют всю работу связанную с лучом и BVH структурой, а затем выдают желаемый результат – полигон, который был пересечен лучом.

Это недетерминированная операция, что означает, что невозможно точно сказать насколько много лучей может быть просчитано в секунду, поскольку это зависит от сложности сцены и структуры BVH.

Важно отметить, что Nvidia RT ядра могут обрабатывать BVH алгоритм примерно в 10 раз быстрее ядер CUDA, что в свою очередь примерно в 10 раз или более быстрее, чем выполнение просчетов на ЦПУ (в основном это связано с количеством ГПУ ядер в сравнении с ЦПУ ядрами).

Сколько лучей на пиксель будет «достаточно»? Это значение варьируется поскольку значительно проще иметь дело с прямыми поверхностями без отражений, чем с изогнутыми и отражающими свет.

Если лучи падают на объекты с сильными отражениями (например, зеркала), то может потребоваться сотни лучей. Выполнение полной трассировки лучей для сцены может привести к просчету десятков или даже большего количества лучей на пиксель.

При этом с бОльшим количеством лучей можно достичь лучших результатов.

карты AMD Navi засветились в бенчмарках

Несмотря на сложность, почти каждый крупный фильм в наши дни использует трассировку лучей (или трассировку путей) для создания высокодетализированных компьютерных изображений.

Полнометражный 90-минутный фильм, 60 кадров в секунду потребует примерно 324 000 кадров, и обработка каждого кадра может занять целые часы вычислительного времени.

Как игры могут делать все это в режиме реального времени на одном графическом процессоре? Ответ кроется в том, что получаемые кадры будут иметь меньшее разрешение и качество, чем в голливудских фильмах.

Часть 2

Не забудьте подписаться и поставить лайк. Впереди будет еще много крутых статей.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/it_news/kak-rabotaet-ray-tracing-i-kak-on-otlichaetsia-v-igrah-chast-1-5ce3dd1abdd16700b30da292

Все термины
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: