Na konferencji SIGGRAPH, NVIDIA ogłosiła kilka przełomowych innowacji. NVIDIA zaprezentowała zaawansowane techniki śledzenia promieni, nowe narzędzia do tworzenia realistycznych animacji i symulacji, a także rozwiązania zwiększające efektywność energetyczną obliczeń. Ogłoszono również integrację AI w wielu branżach oraz rozwój cyfrowych asystentów i agentów, które mają wspierać produktywność i kreatywność.
Renderowanie i śledzenie promieni
Renderowanie, czyli proces generowania obrazu z modelu, jest fundamentem grafiki komputerowej. Tradycyjnie, śledzenie promieni (ray tracing) było stosowane do symulacji zachowania światła w scenach 3D. Ta technika polega na śledzeniu ścieżki światła, które wychodzi od źródła, odbija się od obiektów i w końcu trafia do wirtualnej kamery. Śledzenie promieni jest znane ze swojej zdolności do tworzenia realistycznych efektów świetlnych, takich jak cienie, odbicia i refrakcje. Jednak tradycyjne metody śledzenia promieni mają swoje ograniczenia, szczególnie w kontekście dyfrakcji.
Światło nie porusza się wyłącznie po linii prostej jak piłeczka; jest również falą, która podlega własnościom falowym takim jak interferencja i dyfrakcja. Interferencja to zjawisko, w którym fale nakładają się na siebie, tworząc wzorce wzmocnień i osłabień, podczas gdy dyfrakcja to rozprzestrzenianie się fal po przejściu przez krawędzie obiektów. Tradycyjne algorytmy śledzenia promieni zazwyczaj nie uwzględniają tych falowych właściwości światła, co ogranicza ich precyzję w symulowaniu rzeczywistych scen.
Nowy algorytm NVIDIA przełamuje te bariery, wprowadzając modelowanie dyfrakcji do śledzenia promieni. Dzięki temu, grafika komputerowa może teraz bardziej dokładnie odwzorowywać zjawiska fizyczne, przechodząc z klasycznego poziomu fizyki na bardziej zaawansowany poziom fizyki kwantowej. To przejście oznacza, że symulacje świetlne w grafice komputerowej stają się coraz bardziej realistyczne, uwzględniając zjawiska, które były wcześniej pomijane lub uproszczone.
Nowatorski algorytm NVIDIA
NVIDIA zaprezentowała algorytm Free-Space Diffraction BSDF, który jest nie tylko wysoce precyzyjny, ale także tysiące razy bardziej efektywny niż obecnie stosowane metody. Jest to pierwszy model, który może symulować dyfrakcję w skomplikowanych geometrycznie scenach. Dodatkowym atutem nowego algorytmu jest możliwość przyspieszenia obliczeń za pomocą śledzenia promieni na GPU.
Proces obliczeniowy
NVIDIA opisuje swoje podejście w następujący sposób: analizują powierzchnię w punkcie przecięcia promienia z obiektem, aby sprawdzić, czy znajduje się on blisko krawędzi obiektu. Jeśli nie, dyfrakcja jest minimalna i może zostać pominięta. Jeśli promień znajduje się blisko krawędzi, obliczany jest rozkład energii dyfrakcyjnej. Przy użyciu metody Monte Carlo, próbkują pojedynczy promień przenoszący energię dyfrakcyjną i śledzą go od punktu przejścia przez otwór.
Praktyczne zastosowanie
Podczas prezentacji NVIDIA zaprezentowała symulację propagacji fal radiowych z anteny umieszczonej na szczycie budynku. Przykład ten pokazuje, jak ważne jest uwzględnienie dyfrakcji przy dłuższych długościach fal. Porównanie rozkładu energii uzyskanego za pomocą nowej metody (pokazane na górnym obrazie) z rozkładem, który pomija dyfrakcję (dolny lewy obraz), wyraźnie pokazuje, że nowe podejście jest znacznie bardziej precyzyjne. Błąd na dolnym prawym obrazie ilustruje różnicę w dokładności między obiema metodami.
Dzięki tej innowacji, NVIDIA po raz kolejny pokazała, że jest liderem w dziedzinie technologii obliczeniowej, wprowadzając rozwiązania, które mogą zrewolucjonizować sposób, w jaki symulujemy i modelujemy fale w różnych dziedzinach nauki i techniki.
