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A tecnologia por trás da renderização fotorreal em tempo real


A renderização em tempo real possibilita explorar projetos 3D complexos e fotorrealistas instantaneamente. Ricardo Ortiz nos guia por este excitante novo mundo.

Arquitetos, designers e artistas 3D sonham com gráficos ray-traced em tempo real há muitos anos. Ser capaz de explorar, interagir e alterar uma cena em tempo real pode encurtar os fluxos de trabalho, acelerar o tempo de filmagem finalizada e tornar mais fácil para os clientes entender e manipular até mesmo seus projetos mais complexos.

Este artigo explorará os incríveis desenvolvimentos tecnológicos que tornaram a renderização em tempo real uma possibilidade hoje, bem como os desafios que os desenvolvedores enfrentaram para criar essas experiências únicas.

O que é renderização em tempo real?

Em meu artigo anterior, O que é renderização 3D—um guia para visualização 3D, revisamos as duas metodologias que nos permitem criar imagens 3D com um computador: ray tracing e rasterização. Para recapitular:

  • Ray tracing gera uma imagem traçando raios de luz de uma câmera através de um plano virtual de pixels e simulando os efeitos de seus encontros com objetos.
  • Rasterização cria objetos na tela a partir de uma malha de triângulos virtuais, que criam modelos 3D de objetos.

Cada um tem seus pontos fortes: o ray tracing é projetado para fotorrealismo de alta qualidade, enquanto a rasterização prioriza o desempenho interativo. A questão lógica para quem trabalha na indústria de CG é se existe uma maneira de ter os dois benefícios simultaneamente: a qualidade do ray tracing com a velocidade e a interação da renderização em tempo real? A resposta é sim!

Para entender como funciona a renderização fotorreal em tempo real, precisamos nos aprofundar nas duas fases envolvidas no cálculo de uma cena 3D por renderizadores fisicamente precisos: ray casting e shading.

O que é ray casting?

Como o próprio nome sugere, ray casting é o processo de interseção de um raio de luz com todos os objetos na cena. Em uma grande cena, pode haver milhões de peças de geometria e bilhões de polígonos. Esta operação complexa deve ser estruturada sob algoritmos específicos para reduzir o tempo de cálculo.


Como funciona o shading?

O shading determina a aparência de um objeto pela maneira como ele reage à luz. O processo de shading também define os raios que fornecem informações sobre sombras, reflexos, iluminação global. Em uma grande cena, as redes de sombreamento são muito importantes. Se forem complexas, as avaliações podem se tornar computacionalmente caras.


Encontrando um equilíbrio

A quantidade de geometria e a complexidade dos shaders podem alterar o equilíbrio entre a projeção de raios e o shading. Por exemplo, em uma cena com um único material simples aplicado a milhões de polígonos, o processo de projeção de raios representa 90% do tempo de renderização. Em contraste, em cenas com muitos materiais complicados, mas menos geometria, a projeção de raios pode ocupar apenas 20% do tempo de avaliação, mas o processo de shading ocupará o resto.

Ambos os processos exigem hardware e software poderosos e eficientes. Felizmente, estamos no meio de uma revolução tecnológica graças a uma indústria em constante evolução: os videogames.

Courtesy of NVIDIA

Game engines

Os motores de videogame nos proporcionaram a capacidade de experimentar computação gráfica em tempo real por meio de técnicas de rasterização, aceleradas pelo desenvolvimento de unidades de processamento gráfico (GPUs). Encontrados em consoles populares e PCs de jogos, esses chips podem fornecer gráficos espetaculares em resoluções 4K e 8K em telas super widescreen e fones de ouvido VR.

Podemos fazer uso desse poder computacional com uma GPU que pode renderizar até mesmo nossos projetos mais complexos em tempo real, como os produtos RTX da NVIDIA, que possuem núcleos de ray tracing (RT) dedicados para acelerar os processos de ray casting e shading.

   

Nvidia OptiX

O ray tracing é um algoritmo complexo que requer programação especializada para aproveitar os benefícios dos núcleos RT. V-Ray usa Nvidia OptiX, que já se tornou comum em motores de renderização.

O Nvidia OptiX oferece muitas vantagens para os processos de ray tracing. Ele nos permite dimensionar várias GPUs para aumentar o poder de computação, combinar a memória da GPU por meio da tecnologia NVLink e avaliar cenas enormes. Além disso, um de seus recursos mais importantes é um denoiser acelerado por IA que elimina o ruído da imagem gerado pelo processo de renderização e reduz as iterações de renderização.

Graças a este hardware incrível, podemos experimentar em tempo real com um alto nível de realismo. E, com o software certo de renderização em tempo real, como o Chaos Vantage, arquitetos, designers e artistas podem explorar seus projetos 3D de forma transparente e intuitiva.

No meu próximo artigo, descobriremos como o software da Chaos se conecta ao hardware de renderização em tempo real. Mas se você não pode esperar, você pode baixar e usar o Chaos Vantage imediatamente.


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