अवलोकन
पाथ ट्रेसिंग (Path Tracing) (जर्मन में अक्सर "Pfadverfolgung" कहा जाता है) कंप्यूटर ग्राफिक्स की एक रेंडरिंग विधि है जो एक आभासी दृश्य में प्रकाश के प्रसार को भौतिक रूप से विश्वसनीय रूप से अनुकरण करती है। यह रे ट्रेसिंग का एक रूप है: प्रत्येक किरण हिट के लिए माध्यमिक किरणों का एक शाखाओं वाला वृक्ष बनाने के बजाय, पाथ ट्रेसिंग प्रति नमूना दृश्य के माध्यम से एक एकल, यादृच्छिक रूप से चयनित प्रकाश पथ का अनुसरण करता है। कई ऐसे पथों से, औसत द्वारा प्रत्येक पिक्सेल की चमक के लिए एक अनुमानित मान प्राप्त होता है।
इस विधि को 1986 में जिम काजिया ने प्रस्तुत किया था, साथ ही उनके द्वारा तैयार किए गए रेंडरिंग समीकरण ("rendering equation") को भी। पाथ ट्रेसिंग इस समीकरण को अनुमानित रूप से हल करता है और प्रत्यक्ष प्रकाश व्यवस्था, अप्रत्यक्ष प्रकाश व्यवस्था (ग्लोबल इल्यूमिनेशन), नरम छाया, प्रतिबिंब, अपवर्तन, रंग फैलाव ("color bleeding") और वॉल्यूमेट्रिक प्रभावों को समान प्रकाश परिवहन के विभिन्न अभिव्यक्तियों के रूप में मानता है।
कार्यप्रणाली
पाथ ट्रेसिंग रेंडरिंग समीकरण पर मोंटे कार्लो एकीकरण लागू करता है। प्रति पिक्सेल यादृच्छिक किरण दिशाओं का नमूना लिया जाता है और कई पुनरावृत्तियों पर परिणामों का औसत निकाला जाता है। चूंकि पथों को यादृच्छिक रूप से चुना जाता है, इसलिए विधि स्वाभाविक रूप से छवि शोर उत्पन्न करती है, जो प्रति पिक्सेल नमूनों की संख्या बढ़ने के साथ कम हो जाता है। स्वच्छ परिणामों के लिए अक्सर प्रति पिक्सेल कई हजार नमूनों की आवश्यकता होती है।
- प्रकाश परिवहन: प्रतिबिंब, अपवर्तन, प्रकीर्णन और उत्सर्जन का मूल्यांकन हिट सतहों के सामग्री गुणों (BRDF) के माध्यम से किया जाता है।
- शोर बनाम गणना समय: अधिक नमूने शोर को कम करते हैं, लेकिन रेंडरिंग समय बढ़ाते हैं।
- डीनोइज़िंग: आधुनिक पाथ ट्रेसर आवश्यक नमूना संख्या और इस प्रकार रेंडरिंग समय को कम करने के लिए डीनोइज़िंग विधियों (जैसे, तंत्रिका नेटवर्क, किनारों को बनाए रखने वाले और द्विपक्षीय फिल्टर) का उपयोग करते हैं।
फिल्म और वीएफएक्स में उपयोग
पाथ ट्रेसिंग वर्षों से फिल्म और विजुअल इफेक्ट्स में ऑफ़लाइन रेंडरिंग के लिए मानक रहा है, क्योंकि यह भौतिक रूप से सटीक प्रतिबिंब, प्राकृतिक अप्रत्यक्ष प्रकाश व्यवस्था और संपूर्ण शॉट अनुक्रमों में सुसंगत छवि गुणवत्ता प्रदान करता है। पाथ ट्रेसिंग पर आधारित लोकप्रिय प्रोडक्शन रेंडरर में शामिल हैं:
- पिक्सर रेंडरमैन - पाथ-ट्रेसिंग आर्किटेक्चर के रूप में नए सिरे से बनाया गया।
- अर्नोल्ड (मूल रूप से मार्कोस फजार्डो द्वारा) - उत्पादन के लिए ब्रूट-फोर्स मोंटे कार्लो पाथ-ट्रेसर के रूप में।
- केओस वी-रे।
- ब्लेंडर साइकिल्स।
- डिज़्नी हाइपेरियन।
हार्डवेयर-त्वरित रे ट्रेसिंग और एआई-संचालित डीनोइज़िंग के साथ, पाथ ट्रेसिंग तेजी से वास्तविक समय अनुप्रयोगों के लिए भी खुल गया है, लेकिन क्लासिक वीएफएक्स वर्कफ़्लो में यह मुख्य रूप से एक ऑफ़लाइन रेंडरिंग विधि बनी हुई है।