Q2VKPT: यथार्थवादी प्रकाश व्यवस्था के साथ पूरी तरह से लिखित द्वितीय

Q2VKPT फुल रे ट्रेसिंग के साथ पहला खेलने योग्य गेम है, फिल्म उद्योग में उपयोग की जाने वाली समान आधुनिक तकनीकों का उपयोग करके वास्तविक समय में पूरी तरह से गतिशील प्रकाश व्यवस्था का प्रभावी रूप से अनुकरण करता है (देखें डिज्नी की व्यावहारिक गाइड टू पाथ ट्रेसिंग )।

रीयररिंग फीचर्स के साथ जीपीयू मॉडल की हालिया रिलीज ने गेमिंग ग्राफिक्स के भविष्य के लिए पूरी तरह से नई संभावनाओं को खोल दिया है, हालांकि, रीटरिंग का उचित उपयोग कोई तुच्छ कार्य नहीं है। जबकि कुछ गेम डेवलपर्स ने छाया और प्रतिबिंब प्रदान करने की संभावनाओं का पता लगाना शुरू किया, Q2VKPT सभी प्रकार के प्रकाश हस्तांतरण के लिए एक प्रभावी सामान्य समाधान लागू करने वाली पहली परियोजना थी: प्रत्यक्ष, फैलाना और प्रतिबिंबित प्रकाश ("मीडिया" अनुभाग देखें)। फिल्म उद्योग में, इस तरह के एकीकरण से लचीलेपन और उत्पादकता में उल्लेखनीय सुधार हुआ है । ऐसी संभावना है कि खेलों में प्रौद्योगिकी का ऐसा विकास अगले कुछ वर्षों में दृश्य सटीकता और ग्राफिक्स यथार्थवाद में समान सुधार का वादा करता है। यह परियोजना कंप्यूटर ग्राफिक्स अनुसंधान और गेमिंग उद्योग के क्षेत्र के लिए अवधारणा के प्रमाण के रूप में काम करना चाहिए; इसके अलावा, यह गेम प्रशंसकों को गेमिंग ग्राफिक्स के संभावित भविष्य पर एक नज़र डालने की अनुमति देता है। हार्डवेयर-त्वरित किरण अनुरेखण का उपयोग करने के अलावा, Q2VKPT मुख्य रूप से अनुकूली छवि फ़िल्टरिंग तकनीक के लिए अपनी दक्षता को धन्यवाद प्रदान करता है, जो कि पिछली गणना से यथासंभव अधिक जानकारी का पुन: उपयोग करने के लिए दृश्य की रोशनी में परिवर्तन को बुद्धिमानी से ट्रैक करता है।

परियोजना के बारे में

परियोजना को गीथहब पर खुले स्रोत के रूप में जारी किया गया था। यह हमारे Vulkan Ray Tracer को Q2PRO क्लाइंट में एकीकृत करता है। फास्ट-रनिंग टेस्ट सामग्री के कंप्यूटर ग्राफिक्स अनुसंधान की आवश्यकता के कारण परियोजना उत्पन्न हुई। यह 2016 में लिखित पथ ट्रेस रेंडरर के पहले पेचीदा परिणामों से प्रेरित है।

कहानी

इस गेम में कंप्यूटर ग्राफिक्स अनुसंधान के परिणामों का परीक्षण करने के लिए क्रिस्टोफ़ स्काइड द्वारा VKPT और Q2VKPT को एक शौक परियोजना के रूप में बनाया गया था। फिलहाल, परियोजना में कोड की 12 हजार लाइनें शामिल हैं और यह पूरी तरह से क्वेक II के मूल ग्राफिक कोड को बदल देता है। प्रारंभ में, इसका प्रोटोटाइप जोहान्स हानिका (प्रायोगिक किरण अनुरेखण , शेड्स, जीएल / वल्कन सुधार), अदीस डाइटेब्रैन्ड (प्रकाश पदानुक्रम, डिबग विज़ुअलाइज़ेशन), टोबीस ज़िरर (प्रकाश नमूनाकरण) की भागीदारी के साथ ओपनजीएल में लिखा गया था। वेबसाइट, सूचनात्मक ग्रंथ) और फ्लोरियन रयबोल्ड (कवरेज का प्रारंभिक पदानुक्रम)। अतिरिक्त सहायता स्टीफन बर्गमैन, इमानुएल श्रेड, एलिस जंग और क्रिस्टोफ़ पीटर्स ( थोड़ा सा शोर ) द्वारा प्रदान की गई थी।

डाउनलोड करने योग्य सामग्री

• गितुब भंडार
• जीथब पर विंडोज बाइनरी
• क्वेक 2 डेमो (q2vkpt को खेलने के लिए, आपको डेमो या गेम के पूर्ण संस्करण से .pak फ़ाइलों की आवश्यकता है)

वीडियो

विकास में असफल शॉट्स: ग्लिच 1 के साथ वीडियो, ग्लिच 2 के साथ वीडियो ।

स्क्रीनशॉट

हम आपको वीडियो देखने या गेम खुद खेलने की सलाह देते हैं, क्योंकि पूरी तरह से गतिशील प्रकाश गति में बेहतर महसूस किया जाता है।



पथ अनुरेखक का उत्पादन (बाएं) और लागू शोर में कमी फ़िल्टर (दाएं)

प्रौद्योगिकी

Q2VKPT को वल्कन एपीआई पर लागू किया गया है, जो पिछले वर्ष प्रदर्शित नई हार्डवेयर किरण अनुरेखण सुविधाओं का उपयोग करने में सक्षम है। उनके लिए धन्यवाद, खेल 60 एफपीएस (2560x1440, आरटीएक्स 2080 टीटीआई) के करीब आ सकता है, जो वास्तविक समय में गणना की गई वैश्विक प्रकाश व्यवस्था के यथार्थवादी मॉडल के साथ पूर्ण किरण अनुरेखण और गतिशील छायांकन के साथ है। पूरी तरह से गतिशील प्रकाश व्यवस्था के लिए पथ अनुरेखण का उपयोग आपको गेम के दृश्यों के छायांकन के विस्तार को बढ़ाने की अनुमति देता है, स्वाभाविक रूप से तेज और चिकनी छाया, चमकदार सामग्री और संभावित रूप से सही प्रतिबिंब का एक जटिल इंटरैक्शन बनाता है। इसके अलावा, प्रकाश स्वाभाविक रूप से हर जगह प्रचार कर सकता है, वास्तविक दुनिया में जैसे दृश्य जोड़ता है। वास्तविक समय में पूर्व-गणना की गई प्रकाश या मोटे रेखांकनों के साथ पारंपरिक समाधान कभी भी तुलनीय संकल्प के साथ इस तरह के विस्तार को प्राप्त नहीं कर पाएंगे, क्योंकि प्रकाश के बारे में पूरी जानकारी किसी भी स्मृति सीमा से अधिक होगी।

तकनीकी विवरण

Q2VKPT उन तकनीकों का उपयोग करता है जो कम्प्यूटेशनल रूप से महंगे तरीकों को उन खेलों के अनुकूल बनाने के लिए हैं जो पहले केवल फिल्म उद्योग में उपयोग किए गए थे। उनका मूल एक अनुकूली समय फिल्टर है, जो बुद्धिमानी से पिछले फ्रेम की गणना के परिणामों का पुन: उपयोग करता है (यह क्रिस्टोफ का पिछला शोध प्रोजेक्ट है )। यह फ़िल्टर पहले से ही व्यापक अस्थायी एंटी-अलियासिंग के ऊपर प्रयोग किया जाता है और एक साधारण छवि स्थान से अस्थायी परिवर्तनों को प्रकाश प्रसार पथों के उच्च-आयामी स्थान पर ट्रैक करने की प्रक्रिया को विस्तारित करता है। पथ में परिवर्तन पर नज़र रखना आवश्यक है क्योंकि पथ अनुरेखण एक यादृच्छिक एल्गोरिथ्म है, जो इसकी ताकत और कमजोरी दोनों है: यह सामान्य रूप से सभी प्रकार के प्रकाश प्रसार को संभाल सकता है, लेकिन परिणामों को विश्वसनीय होने में लंबा समय लग सकता है, एक के लिए बहुत लंबा। वास्तविक समय खेल में फ्रेम। छवि स्थान में एक सरल समाधान (जैसे अस्थायी एंटी-अलियासिंग) अनिश्चितता के इस स्तर को संभाल नहीं सकता है।

समय के साथ-साथ, हमने प्रकाश स्रोतों को खोजने के लिए कई तकनीकों का पता लगाया जो खेल में हर सतह को प्रभावित करते हैं। तस्वीर की गुणवत्ता के लिए सही प्रकाश स्रोतों को चुनना महत्वपूर्ण है, क्योंकि यदि आप गलत विकल्प बनाते हैं, तो हम पथ अनुरेखक से बहुत अविश्वसनीय उत्पादन प्राप्त करेंगे, जो पथ फ़िल्टर को बनाए जाने वाले सभी सुंदर विवरणों को हटाने के लिए समय फ़िल्टर कर देगा। मूल प्रोटोटाइप में, फिल्म उद्योग में उपयोग किए जाने वाले प्रकाश स्रोतों के पूर्ण पदानुक्रम का उपयोग किया गया था: पदानुक्रम के अनुसार प्रकाश स्रोतों को विभाजित करना, हम एक साथ कई स्रोतों के प्रभाव की गणना कर सकते हैं, जो हमें गणना से दूर और कमजोर स्रोतों के साथ-साथ उन स्रोतों को भी बाहर करने की अनुमति देता है जो गलत दिशा में हैं। हालांकि, यह पता चला है कि इस तरह की गणना सटीक करना मुश्किल है, और पदानुक्रम को पार करने की कम्प्यूटेशनल लागत को नियंत्रित करना मुश्किल है। चूंकि मूल क्वेक II ने दृश्य के अदृश्य भागों को काटने के लिए बहुत सारे संभावित दृश्यमान स्थानों (संभावित-दृश्यमान-सेट) का उपयोग किया था, इसलिए हमने दृश्य के प्रत्येक भाग के लिए संभावित दृश्य स्रोतों की सूची के इन सेटों से निकालकर प्राप्त करने का निर्णय लिया। वर्तमान संस्करण में, हमने सूची में प्रत्येक स्रोत के प्रभाव की आंशिक रूप से सटीक गणना को लागू किया है, प्रत्येक फ्रेम में इन सूचियों के उपयुक्त सबसेट को यादृच्छिक रूप से चुनना। इसलिए, रेंडरर जल्दी से सभी प्रकाश स्रोतों को ढूंढता है, और हम नियंत्रित, निरंतर समय के लिए प्रकाश के प्रभाव की सभी गणना कर सकते हैं।

क्यू एंड ए

मेरा खेल "दुर्घटना" क्यों है?

हम इस परियोजना को अपने खाली समय में करते हैं, इसलिए हमारे पास सावधानीपूर्वक गुणवत्ता नियंत्रण के लिए पर्याप्त ताकत नहीं है। कृपया हमारे GitHub रिपॉजिटरी के इश्यू ट्रैकर को एक बग रिपोर्ट भेजें!

कोई कण क्यों नहीं हैं? मुझे रेलगाड़ी से मक्खियाँ और चिंगारियाँ चाहिए!

दुर्भाग्य से, हमारे पास रेलगन में प्रकाश स्रोतों को जोड़ने के लिए पर्याप्त समय नहीं था। अन्य कणों के लिए, हमने किरण अनुरेखण करने के लिए जो निर्णय लिया, वह केवल कणों के प्रतिपादन की प्रक्रिया को थोड़ा जटिल बनाता है। अगर हमें समय मिल जाता है, तो हम इसे भविष्य में ठीक कर लेंगे!

आजकल, खेल बहुत यथार्थवादी लगते हैं! पथ अनुरेखण का उपयोग क्यों करें?

आधुनिक गेमों ने रैस्टराइज़्ड ग्राफिक्स के आधार पर पारंपरिक की क्षमताओं का विस्तार किया है। हालांकि, ये सुधार एक कीमत पर आते हैं: आधुनिक खेलों के प्रतिपादन इंजन अत्यधिक लक्षित तकनीकों के बेहद जटिल सेट बन गए हैं। कलाकृतियों, प्रकाश, छाया और प्रतिबिंबों के बिना एक स्वीकार्य तस्वीर प्राप्त करने के लिए व्यक्तिगत रूप से कई प्रस्तावों और तराजू में गणना की जानी चाहिए। ट्रेस पथ और अन्य मोंटे कार्लो रेंडरिंग तकनीक आपको इस जटिल प्रणाली से बाहर निकलने का रास्ता खोजने की अनुमति देते हैं। वास्तव में, उन्होंने फिल्म उद्योग में इस समस्या को हल कर लिया है । हमारा प्रोटोटाइप वीडियो गेम उद्योग में इसे कैसे प्राप्त किया जाए, इस सवाल का पहला जवाब है।

क्वेक II एक प्राचीन खेल है! यदि इन प्रौद्योगिकियों का कोई भविष्य था, तो आज यह 6000 एफपीएस की आवृत्ति के साथ काम करेगी!

हां, क्वेक II काफी कम ज्यामिति जटिलता वाला एक पुराना खेल है, लेकिन पथ अनुरेखण के लिए मुख्य सीमित कारक किरण अनुरेखण या ज्यामिति जटिलता नहीं है। वास्तव में, वर्तमान प्रोटोटाइप फ्रेम दर में ध्यान देने योग्य कमी के बिना बहुत अधिक किरणों का पता लगा सकता है। Q2VKPT प्रोटोटाइप में उपयोग की जाने वाली तकनीकों की कम्प्यूटेशनल लागत मुख्य रूप से (अप्रत्यक्ष) प्रकाश के बिखरने और प्रकाश स्रोतों की संख्या की गणना पर निर्भर करती है। क्वेक II में शुरू में बहुत सारे प्रकाश स्रोत थे, और इस संबंध में यह अभी भी एक काफी आधुनिक खेल है। इसके अलावा, प्रकाश बिखरने की घटनाओं की संख्या दृश्य की जटिलता पर निर्भर नहीं करती है। इसलिए, हम यह मान सकते हैं कि हमारे द्वारा उपयोग की जाने वाली तकनीक अधिक आधुनिक खेलों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हैं।

क्वेक II क्यों?

क्योंकि क्वेक II के स्रोत सार्वजनिक डोमेन में पोस्ट किए गए हैं, और गेम में ही मोडिंग का एक लंबा इतिहास है। यह वास्तविक दुनिया में वैज्ञानिक अनुसंधान के परीक्षण के लिए एक उत्कृष्ट सैंडबॉक्स है। विशेष रूप से, गेम में एक सक्रिय और प्रतिस्पर्धी गेमप्ले है, जो प्रदान की गई तकनीकों के प्रदर्शन और विश्वसनीयता पर उच्च मांग निर्धारित करता है। और अंत में, एक अर्थ में क्वेक II अभी भी एक काफी आधुनिक खेल बना हुआ है, क्योंकि यह मूल रूप से एक जटिल और कलात्मक प्रकाश डिजाइन के साथ जारी किया गया था।

मैं बेंचमार्क के रूप में Q2VKPT का उपयोग कैसे कर सकता हूं?

"~" कुंजी दबाकर कंसोल खोलें। क्वेक 2 के डेमो संस्करण में, आप कमांड "टाइमडेमो 1" का उपयोग कर सकते हैं; डेमो q2demo1 ", पूर्ण संस्करण में - कमांड" टाइमडैमो 1; डेमो डेमो 1 "। अंतर्निहित प्रोफाइलर को vkpt_profiler 1 कमांड के साथ लॉन्च किया गया है। यह अलग-अलग रेंडरिंग चरणों के लिए GPU समय पर विवरण प्रदान करता है।

पथ अनुरेखण किरण अनुरेखण से अलग कैसे है?

पथ अनुरेखण एक सुंदर एल्गोरिथ्म है जो कई जटिल तरीकों को अनुकरण कर सकता है जो प्रकाश फैलता है और आभासी दृश्यों में बिखरता है। इसका भौतिकी-आधारित प्रकाश अनुकरण उच्च गुणवत्ता प्रदान करता है। पथ अनुरेखण बिखरने की घटनाओं के बीच दृश्यता निर्धारित करने के लिए किरण अनुरेखण का उपयोग करता है । हालाँकि, किरण अनुरेखण केवल एक आदिम ऑपरेशन है जिसका उपयोग कई उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है। इसलिए, अकेले किरण अनुरेखण यथार्थवादी छवियों को बनाने में सक्षम नहीं है। ऐसा करने के लिए, आप प्रकाश प्रसार एल्गोरिदम जैसे पथ अनुरेखण का उपयोग कर सकते हैं। हालांकि, इस तथ्य के बावजूद कि यह सुरुचिपूर्ण और बहुत शक्तिशाली है, स्थिर छवियों को बनाने के लिए भोले पथ अनुरेखण बहुत महंगा और समय लगता है। हमारी परियोजना एक बुद्धिमान अनुकूली फिल्टर का उपयोग करती है जो विश्वसनीय और स्थिर छवियां बनाने के लिए कुछ फ़्रेम और पिक्सेल में अधिकतम संभव जानकारी का पुन: उपयोग करता है।

पथ अनुरेखण और किरण अनुरेखण - गेमिंग ग्राफिक्स का भविष्य?

रे ट्रेसिंग सुविधाओं के साथ GPU के हालिया परिचय ने गेम ग्राफिक्स के भविष्य के लिए पूरी तरह से नई संभावनाओं को खोल दिया है, लेकिन रे ट्रेसिंग का सही उपयोग करने के लिए एक nontrivial दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। हमारी परियोजना का लक्ष्य यह पता लगाना है कि किरण-अनुरेखण ग्राफिक्स के भविष्य के लिए एक सीधा रास्ता बनाने के लिए क्या गायब है। हालाँकि वैज्ञानिक अनुसंधान में कुछ समस्याएं पहले ही हल हो चुकी हैं, लेकिन जब तक आप खेल के पूर्ण रेंडरर को लागू करना शुरू नहीं करते तब तक कई वास्तविक समस्याएं अदृश्य रहती हैं। भविष्य में, हम इन समस्याओं में से कुछ का अध्ययन करने की योजना बनाते हैं, उदाहरण के लिए, बेहतर प्रकाश नमूनाकरण, बेहतर फ़िल्टरिंग और एक अधिक सुसंगत सॉफ़्टवेयर रेंडरिंग संरचना। इन परिवर्तनों के व्यापक होने के लिए, रे ट्रेसिंग और रास्तों के आधार पर नए, असामान्य रेंडरर कार्यों के लिए अच्छे समाधानों की आवश्यकता होती है।

क्या पथ का पता लगाने से अंततः सभी ग्राफिक्स समस्याओं का समाधान होगा?

पथ अनुरेखण और इसी तरह के तरीके सुरुचिपूर्ण ढंग से गेम ग्राफिक्स के कई जटिल कार्यों को हल करते हैं। हालांकि, उनकी संभाव्य प्रकृति नए कार्यों की एक पूरी मेजबानी को जोड़ती है, जिसका समाधान स्पष्ट (नीरव) उच्च गुणवत्ता वाली छवियां बनाने के लिए आवश्यक है। Q2VKPT प्रोटोटाइप में फ़िल्टरिंग विधि विश्वसनीय एकीकृत तरीकों के लिए पहला कदम है जो आपको पथ अनुरेखण का उपयोग करके पूरी तरह से एकीकृत रफ खोज दृष्टिकोण को लागू करने की अनुमति देता है। आने वाले महीनों और वर्षों में, हम इस दिशा में अन्य अध्ययनों को देखने की उम्मीद और उम्मीद करते हैं!

क्या Q2VKPT मूल खेल से प्रकाश नक्शे का उपयोग करता है?

मूल क्वेक 2 इंजन नरम छाया वाले पूर्व-संकलित प्रकाश मानचित्रों का उपयोग करता है और अप्रत्यक्ष प्रकाश को फैलाता है। Q2VKPT पूरी तरह से गतिशील प्रकाश व्यवस्था को पूरी तरह से गतिशील सिमुलेशन के साथ बदल देता है जो स्थिर और गतिशील प्रकाश स्रोतों दोनों को एकजुट करता है।

प्रति पिक्सेल में कितनी किरणें निकलती हैं?

उत्सर्जित किरणों की संख्या पहली दृश्यमान सतह पर निर्भर करती है। अपारदर्शी सतहों पर, Q2VKPT प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष रूप से दिखाई देने वाली सतह को खोजने के लिए प्रत्येक पिक्सेल के लिए एक बीम का उपयोग करता है। इसके अलावा, दोनों सतहों के लिए, Q2VKPT बेतरतीब ढंग से चयनित प्रकाश स्रोतों के लिए एक बीम का उत्सर्जन करता है। इसलिए, Q2VKPT प्रत्येक पिक्सेल के लिए कम से कम 4 किरणों का उत्सर्जन करता है।

क्या Q2VKPT रास्टराइजेशन का उपयोग करता है?

परंपरागत रूप से, एक रैस्टराइज़र का उपयोग खेलों में कैमरे से दिखाई देने वाली सतहों को खोजने के लिए किया जाता है। Q2VKPT में, रेंडर ट्रेसिंग द्वारा रेंडरिंग पूरी तरह से की जाती है, इसलिए रैस्टराइज़र का उपयोग नहीं किया जाता है (दो आयामी उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस तत्वों के अपवाद के साथ)।