การสาธิตของ ShaderToy จำนวนมากแบ่งปันอัลกอริทึม Ray Marching เพื่อแสดงฉาก แต่บ่อยครั้งที่พวกเขาเขียนด้วยสไตล์ที่กะทัดรัดมากและฉันไม่สามารถหาตัวอย่างหรือคำอธิบายที่ตรงไปตรงมาได้
ดังนั้นเรย์มาร์ชนิ่งคืออะไร? ความคิดเห็นบางข้อบ่งชี้ว่าเป็นรูปแบบของ Sphere Tracing อะไรคือข้อดีของการคำนวณของวิธีการดังกล่าวคืออะไร?
คำตอบ:
พวกมันอยู่ในตระกูลนักแก้ปัญหาเดียวกันโดยที่การติดตามทรงกลมเป็นวิธีหนึ่งในการเดินเรย์ซึ่งเป็นชื่อสกุล
Raymarching เป็นเทคนิคเล็กน้อยเหมือน raytracing แบบดั้งเดิมที่ฟังก์ชั่นพื้นผิวนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะแก้ปัญหา ใน raytracing คุณแค่เงยหน้าขึ้นมองเรย์ในขณะที่เรย์เดินทัพคุณเดินไปข้างหน้า (หรือกลับไปกลับมา) จนกว่าคุณจะพบทางแยกมีตัวอย่างเพียงพอหรืออะไรก็ตามที่คุณพยายามจะแก้ ลองคิดว่ามันเป็นวิธีการของนิวตัน - ราฟสันสำหรับการค้นหาพื้นผิวหรือการหาข้อสรุปสำหรับการรวมฟังก์ชั่นที่แตกต่างกัน
สิ่งนี้มีประโยชน์หากคุณ:
ภาพที่ 1 : รังสีเดินแบบดั้งเดิมเพื่อค้นหาพื้นผิว
กระทู้ที่เกี่ยวข้อง:
การติดตามทรงกลมเป็นหนึ่งในอัลกอริธึมการเดินเรย์ ไม่ใช่ raymarching ทั้งหมดใช้ประโยชน์จากวิธีนี้เนื่องจากไม่สามารถแปลงเป็นรูปแบบนี้ได้
Sphere สืบค้นกลับถูกนำมาใช้สำหรับการแสดงผลพื้นผิวโดยปริยาย พื้นผิวโดยนัยจะเกิดขึ้นในบางระดับของฟังก์ชั่นต่อเนื่อง ในสาระสำคัญการแก้สมการ
F(X,Y,Z) = 0
เนื่องจากวิธีการที่ฟังก์ชั่นนี้สามารถแก้ไขได้ในแต่ละจุดเราสามารถไปข้างหน้าและประเมินทรงกลมที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ซึ่งจะเหมาะกับขั้นตอนการเดินขบวนในปัจจุบัน จากนั้นคุณรู้ว่าระยะทางเดินต่อไปเป็นอย่างน้อยใหญ่นี้ วิธีนี้คุณสามารถมีขั้นตอนการเดินเรย์แบบปรับตัวเพื่อเร่งกระบวนการ
Image 2 : การติดตาม Sphere * ในบันทึกการทำงานว่าขนาดขั้นตอนปรับตัวอย่างไร
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมดู:
* บางทีใน 2d มันควรจะเรียกว่าการติดตามวงกลม :)
Ray marching เป็นการทดสอบจุดตัดซ้ำแบบวนซ้ำซึ่งคุณจะต้องเดินไปตามแนวรัศมีและทดสอบจุดตัดโดยปกติแล้วจะใช้เพื่อค้นหาจุดตัดที่มีรูปทรงเรขาคณิตที่เป็นของแข็งซึ่งการทดสอบภายใน / ภายนอกนั้นรวดเร็ว
ภาพจากเรขาคณิตการแสดงผลพร้อมลวดลายพื้นผิว
ขนาดของขั้นตอนคงที่นั้นค่อนข้างธรรมดาถ้าคุณไม่รู้ว่าจะมีจุดตัดเกิดขึ้นได้อย่างไร แต่บางครั้งก็ใช้วิธีการรูทเช่นการค้นหาแบบไบนารี่หรือเซแคนต์แทน บ่อยครั้งที่ขนาดขั้นตอนคงที่ถูกใช้เพื่อค้นหาจุดตัดแรกตามด้วยการค้นหาแบบไบนารี ครั้งแรกที่ฉันเจอการเดินขบวนของรังสีในเทคนิคการแมปรางต่อพิกเซล การทำแผนที่โล่งอกของรายละเอียดพื้นผิวที่ไม่ใช่ความสูง - ฟิลด์เป็นการอ่านที่ดี
โดยทั่วไปจะใช้กับ space leaping, เทคนิคการเร่งความเร็วซึ่งการประมวลผลล่วงหน้าบางอย่างให้ระยะห่างที่ปลอดภัยที่คุณสามารถเคลื่อนที่ไปตามแนวรังสีโดยไม่ต้องตัดกันรูปทรงเรขาคณิตหรือดีกว่าโดยไม่ต้องตัดกันแล้วปล่อยให้เรขาคณิตหลุด ตัวอย่างเช่นการทำแผนที่ขั้นตอนรูปกรวยและการทำแผนที่ขั้นตอนรูปกรวยที่ผ่อนคลาย
การติดตามสเฟียร์อาจอ้างถึงการทดสอบการแยกเรย์ - สเฟียร์โดยปริยายแต่ก็เป็นชื่อของเทคนิคการกระโดดอวกาศโดย John Hart ในขณะที่ @ joojaa กล่าวถึงและใช้โดย William Donnelly ( Per-Pixel Displacement Mapping กับ Function Distance ) พื้นผิว 3 มิติเข้ารหัสทรงกลมรัศมีที่ไม่มีรูปทรงเรขาคณิต