TEKNOLOJİLER

VVoxel Global Illumination Teknolojisi
divider

VXGI TEKNOLOJİSİ

Voxel Global Illumination (VXGI) gelecek nesil PC oyunlarına ve oyun motorlarına inanılmaz gerçekçi ışıklandırma, gölgelendirme ve yansımalar sunan olağanüstü bir ilerlemedir.

Işıklandırmanın doğru bir şekilde modellenmesi grafikte hesaplamaya dayalı en zor sorunlardan biridir, Maxwell ile amacımız neredeyse fotoğraf gerçekliğinde hesaplamaları gerçek zamanlı yapmak için GPU olanaklarında ileriye doüru büyük bir sıçrama yapmaktı.

Gerçek dünyada, tüm nesneler doğrudan ışığın (bir nesneyi aydınlatmak için doğrudan bir ışık kaynağından gelen fotonlar) ve dolaylı ışığın (ışık kaynağından gelen, bir nesneye çarpıp seken ve daha sonra ikinci bir nesneye çarpan, yani nesneyi dolaylı olarak aydınlatan fotonlar) bir araya gelmesiyle aydınlanır. “Global illumination” (GI) bu efekti modelleyen ışıklandırma sistemleri için bir terimdir. Dolaylı ışıklandırma olmadan sahneler sert ve yapay görünebilir. Ancak, doğrudan alınan ışık için hesaplama oldukça kolayken, dolaylı ışıklandırma hesaplamaları çok karmaşıktır ve hesaplama açısından ağırdır.

 

Sahne yalnızca doğrudan ışıklandırma ile renderlenmiştir

Sahne yalnızca doğrudan ışıklandırma ile renderlenmiştir.

 

Sahne NVIDIA VXGI etkinleştirilerek renderlenmiştir

GI etkinken aynı sahne, dolaylı ışığa ve yerin üzerindeki yansımalara dikkat edin.

 

GI hesaplama açısından pahalı bir ışıklandırma tekniği (özellikle ayrıntıların fazla olduğu sahnelerde) olduğu için, çevrimdışı GPU render çiftlikleri kullanan filmlerde karmaşık bilgisayar grafiği içeren sahnelerde kullanılmıştır. Günümüzün en popüler oyunlarının birçoğunda bazı GI biçimleri kullanılmış olsa da, uygulamaları önceden hesaplanan ışıklandırmaya bağlı kalmıştır. Bu “önceden fırınlanmış” teknikler performans amaçlı kullanılır, ancak istenilen ışıklandırma efektlerinin önceden hesaplanması gerektiği için ek sanatsal işler gerektirir. Önceden hazırlanan ışıklandıırma dinamik olmadığı için, yeni bir ışık kaynağının eklenmesi veya sahnedeki bir şeyin hareket etmesi ya da yok edilmesi gibi oyun içi değişiklikler olduğunda dolaylı ışık kaynaklarını güncellemek genellikle zor veya olanaksızdır. Önceden hazırlanan dolaylı ışıklandırma sahnedeki durağan nesneleri modeller, ancak hareketli karakterleri veya hareket halindeki nesnelere tam olarak uygulanmaz.

NVIDIA mühendisleri 2011 yılında GPU üzerinde küresel ışıklandırmanın hızlı, yaklaşık bir biçimini hesaplamaya yenilikçi bir yaklaşım geliştirdiler ve tanıttılar. Bu yeni GI teknolojisi sahne ve ışıklandırma bilgilerini tutmak için bir voksel grid ve voksel gridden dolaylı ışıklandırma bilgileri toplamak için yeni bir voksel kozası kullanır. NVIDIA’dan Cyril Crassin bu tekniği konu üzerindeki yazısında anlatıyor, GTC 2012'den bir videoya da buradan erişebilirsiniz. Epic’in 2012 yılındaki ‘Elemental’ Unreal Engine 4 teknoloji demosu da benzer bir teknik kullanmıştı.

 

Epic'in Unreal Engine 4 'Elemental' teknoloji demosu, hayret verici GI efektleri için voksel kozası izleme tekniğini kullandı

Epic'in Unreal Engine 4 'Elemental' teknoloji demosu, hayret verici GI efektleri için voksel kozası izleme tekniğini kullandı.

 

NVIDIA o zamandan beri, bu teknolojinin gelecek nesli olan ve Maxwell mimarisinde yeni yazılım algoritmalarını ve özel donanım hızlandırmayı bir araya getiren VXGI üzerinde çalışmaktadır.

Cornel Box

1984 yılında Cornel Üniversitesi araştırmacıları, renderleme grafikleri için bir deney olarak kullanmak üzere basit bir sahne geliştirdi. Bilgisayarla oluşturdukları görüntülerin fotoğraflar ile kolay karşılaştırılabilmesi için sahne basit tutulacaktı.

 

NVIDIA iray renderleme teknolojisi kullanılarak oluşturuldu

 

Yukarıdaki görüntü, neredeyse gerçek zamanlı fotoğraf gerçekliğinde renderleme yapmak için bulutta paralel çalışan çok sayıda GPU'nun gücünü kullanan iray rendering teknolojimiz kullanılarak oluşturulmuştur. Bu görüntü, bu cornel kutusunun gerçek hayattaki görüntüsüne çok yakındır.

Ancak VXGI teknolojisinin hedefi gerçek zamanlı çalışmaktır ve sahnenin tam ışın izlemesini yapmak hesaplama açısından çok yoğundur, bu nedenle yaklaşık değerler bulmak gereklidir.

 

Aynı sahnenin opaklık voksel görüntüsü

 

Yukarıdaki resim aynı sahnenin opaklık voksel görüntüsünü göstermektedir. Her bir küp, ışık hesaplamalarını hızlandırmak için kullanabileceğimiz geri plandaki geometrinin kaba bir geometrisidir.

 

Mevcut çok hızlı doğrudan ışıklandırma tekniklerini kullanarak voksellere çarpan ışığın renginin ve yoğunluğunun hesaplanması

 

Işığı yayan voksel görüntüsü sihrin meydana geldiği yerdir. Her bir kübün (voksel) sahnede olan doğrudan ışıklar tarafından doğrudan aydınlatıldığını düşünün. Mevcut çok hızlı doğrudan ışıklandırma tekniklerini kullanarak voksellere çarpan ışığın rengini ve yoğunluğunu doğru bir şekilde hesaplayabiliriz. Yeni olan şey, bir sonraki aşamada bu aydınlatılan voksellerin ışık kaynağı gibi davranarak dolaylı ışık sağlayacak olmasıdır.

 

Doğrudan ışık kaynaklarının çarptığı yüzeylerden yansıyan ışığın görünümü

 

Bu resimdeki renkler biraz kafa karıştırıcı olabilir. Duvarlara odaklanarak başlayın. Kırmızı olan duvarda şimdi soluk yeşil bir ışıltı var ve yeşil duvarda ise soluk kırmızı bir ışıltı var. Bunun nedeni, her bir duvarın odanın karşı tarafından yansıtılan rengin bir kısmını alıyor olmasıdır. Kırmızı duvar, kendine en yakın olan topu da hafifçe aydınlatıyor ve bu böyle devam ediyor. Etkin olarak doğrudan ışık kaynaklarının çarptığı yüzeylerden yansıyan ışığı görüntülüyoruz.

 

İnanılmaz derecede gerçekçi sahneler oluşturmak için tüm ışıkları ekleyin

 

Tüm ışıkları eklediğimizde inanılmaz derecede gerçekçi sahneler oluşturabiliriz. Buradaki önemli nokta, VXGI teknolojisini kullanarak tüm bunları gerçek zamanlı olarak yapabiliyor olmamız.