Path Tracing

Path Tracing

Il path tracing è un'estensione del raytracing che simula l'illuminazione globale, il modo in cui la luce rimbalza in una scena e illumina indirettamente le superfici. Mentre il raytracing di base gestisce solo la luce diretta dalle sorgenti luminose e pochi rimbalzi per i riflessi, il path tracing continua a far rimbalzare i raggi fino a quando non raggiungono una sorgente luminosa. Ciò produce un'illuminazione molto più realistica perché tiene conto di tutti i modi in cui la luce viaggia nel mondo reale.

L'algoritmo di path tracing funziona sparando un raggio dalla telecamera attraverso ogni pixel. Quando il raggio colpisce una superficie, l'algoritmo sceglie casualmente una direzione in cui rimbalzare in base alle proprietà del materiale della superficie. Continua a rimbalzare fino a quando il raggio colpisce una sorgente luminosa o va all'infinito. Ciò crea un percorso dalla telecamera a una sorgente luminosa. Il colore del pixel è la luce accumulata lungo quel percorso.

Poiché le direzioni di rimbalzo sono casuali, un singolo percorso è molto rumoroso. Per ottenere un'immagine pulita, è necessario sparare molti percorsi per pixel e mediarli. Questo si chiama integrazione Monte Carlo. Più percorsi si sparano, più pulita diventa l'immagine. Il rumore si riduce a un tasso proporzionale alla radice quadrata del numero di campioni, il che significa che eliminare l'ultimo bit di rumore richiede molto tempo.

Il path tracing produce naturalmente effetti difficili da ottenere con altre tecniche. Il color bleeding, in cui un muro rosso proietta una tinta rossa su un muro bianco vicino, avviene automaticamente perché i raggi rimbalzano sul muro rosso e ne trasportano il colore. Le caustiche, i pattern di luce focalizzata che si vedono attraverso un bicchiere d'acqua, sono prodotte perché i raggi vengono rifratti attraverso il vetro e convergono su una superficie.

Quasi tutti i moderni renderer VFX utilizzano il path tracing. Arnold, RenderMan, Cycles, Redshift e V-Ray sono tutti path tracer al loro interno. Le differenze tra di loro riguardano il modo in cui ottimizzano il processo di path tracing, le strategie di campionamento che utilizzano e come gestiscono casi difficili come sorgenti luminose molto luminose o superfici altamente riflettenti. Il path tracing è diventato lo standard perché produce i risultati più realistici con la minima configurazione manuale.