تصميم رييس

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
عرض ثلاثي الأبعاد لإبريق شاي من ولاية يوتا من تصميم أقسيس رييس باستخدام تظليل الإزاحة.

يُعدّ رييس للرندرينغ بنية برمجية حاسوبية تُستخدم في رسومات الحاسوب ثلاثية الأبعاد لإنتاج صور واقعية للغاية. طُوّرت هذه البنية في منتصف ثمانينيات القرن الماضي على يد لورين كاربنتر وروبرت إل . كوك في مجموعة أبحاث رسومات الحاسوب التابعة لشركة لوكاس فيلم ، والتي تُعرف الآن باسم بيكسار . [ 1 ] استُخدمت لأول مرة عام 1982 لإنتاج صور لتسلسل تأثير جينيسيس في فيلم ستار تريك 2: غضب خان . كان برنامج ريندرمان من بيكسار تطبيقًا لخوارزمية رييس، وقد تم إيقاف دعمه عام 2016 وإزالته نهائيًا مع إصدار ريندرمان 21. [ 2 ] وفقًا للورقة البحثية الأصلية التي تصف الخوارزمية، فإن نظام رييس لعرض الصور هو "بنية لعرض سريع وعالي الجودة للصور المعقدة". طُرحت رييس كمجموعة من الخوارزميات وأنظمة معالجة البيانات. مع ذلك، أصبح مصطلحا "الخوارزمية" و"البنية" يُستخدمان بشكل مترادف في هذا السياق، ويُستخدمان بشكل متبادل في هذه المقالة.

اسم

رييس هو اختصار لعبارة "يُجسّد كل ما رأيته" (وهو أيضاً تورية على اسم بوينت رييس ، كاليفورنيا، بالقرب من موقع شركة لوكاس فيلم)، ويشير إلى عمليات مرتبطة بأنظمة التصوير البصري. ووفقاً لروبرت ل. كوك ، يُكتب اسم رييس بحرف كبير في بدايته فقط، كما هو الحال في ورقة كوك/كاربنتر/كاتمول المنشورة في مؤتمر سيغراف عام ١٩٨٧.

بنيان

تم تصميم الهندسة المعمارية مع وضع عدد من الأهداف في الاعتبار:

  • تعقيد/تنوع النموذج : من أجل توليد صور معقدة وغنية بصريًا، يحتاج مستخدمو نظام العرض إلى أن يكونوا أحرارًا في نمذجة أعداد كبيرة (مئات الآلاف) من الهياكل الهندسية المعقدة التي يمكن إنشاؤها باستخدام نماذج إجرائية مثل الفراكتلات وأنظمة الجسيمات .
  • تعقيد التظليل : ينشأ جزء كبير من التعقيد البصري في المشهد من طريقة تفاعل أشعة الضوء مع أسطح الأجسام الصلبة. في رسومات الحاسوب، يُنمذج هذا التفاعل عادةً باستخدام النسيج. يمكن أن تكون النسيجات عبارة عن مصفوفات ملونة من البكسلات، أو تصف إزاحات السطح أو شفافيته أو انعكاسيته. يتيح برنامج Reyes للمستخدمين دمج مُظلِّلات إجرائية، حيث يتم تحقيق بنية السطح والتفاعل البصري باستخدام برامج حاسوبية تُنفِّذ خوارزميات إجرائية بدلاً من جداول البحث البسيطة. يهدف جزء كبير من الخوارزمية إلى تقليل الوقت الذي تستغرقه المعالجات في جلب النسيجات من مخازن البيانات.
  • تتبع الأشعة المبسط : عندما طُرحت خوارزمية رييس، كانت أنظمة الحاسوب أقل قدرة بكثير من حيث قوة المعالجة والتخزين. هذا يعني أن تتبع الأشعة لمشهد واقعي للغاية كان يستغرق عشرات أو مئات الساعات لكل إطار. أما الخوارزميات مثل رييس، التي لا تعتمد عادةً على تتبع الأشعة، فتعمل بسرعة أكبر بكثير مع نتائج شبه واقعية.
  • السرعة : إن معالجة فيلم مدته ساعتان بمعدل 24 إطارًا في الثانية في عام واحد تسمح بمتوسط ​​وقت معالجة يبلغ 3 دقائق لكل إطار.
  • جودة الصورة : تعتبر أي صورة تحتوي على تشوهات غير مرغوب فيها متعلقة بالخوارزمية غير مقبولة.
  • المرونة : يجب أن تكون البنية مرنة بما يكفي لدمج التقنيات الجديدة عند توفرها، دون الحاجة إلى إعادة تنفيذ الخوارزمية بالكامل.

يحقق رييس بكفاءة العديد من التأثيرات التي اعتبرت ضرورية للحصول على جودة عرض سينمائية: الأسطح الملساء والمنحنية؛ نسيج السطح؛ ضبابية الحركة ؛ وعمق المجال .

يقوم برنامج رييس برسم الأسطح المنحنية، مثل تلك المُمثلة بالرقع البارامترية ، عن طريق تقسيمها إلى مضلعات دقيقة ، وهي أشكال رباعية صغيرة يقل حجم كل منها عن بكسل واحد. على الرغم من أن تقريب الأسطح المنحنية بدقة يتطلب عددًا كبيرًا من المضلعات الدقيقة، إلا أنه يمكن معالجتها بعمليات بسيطة ومتوازية . يقوم برنامج رييس بتقسيم الأشكال الأولية عالية المستوى إلى مضلعات دقيقة عند الطلب، حيث يقسم كل شكل أولي بدقة كافية فقط ليظهر ناعمًا في الصورة النهائية.

بعد ذلك، يقوم نظام التظليل بتعيين لون وشفافية لكل رأس من رؤوس المضلع الصغير. تسمح معظم برامج عرض رييس للمستخدمين بتوفير وظائف إضاءة وتكسية عشوائية مكتوبة بلغة تظليل . تتم معالجة المضلعات الصغيرة في شبكات كبيرة تسمح بتحويل العمليات الحسابية إلى عمليات متجهة .

تُؤخذ عينات من المضلعات الدقيقة المظللة في مساحة الشاشة لإنتاج الصورة النهائية. يستخدم رييس خوارزمية مبتكرة للأسطح المخفية، أو ما يُعرف بـ"المخفي" ، والتي تُجري عمليات التكامل اللازمة لتأثير ضبابية الحركة وعمق المجال دون الحاجة إلى عدد أكبر من عينات الهندسة أو التظليل مقارنةً بالصورة غير الضبابية. يقوم المخفي بتجميع ألوان المضلعات الدقيقة عند كل بكسل عبر الزمن وموضع العدسة باستخدام طريقة مونت كارلو تُسمى أخذ العينات العشوائي .

خط الأنابيب

تتضمن عملية رييس الأساسية الخطوات التالية:

  1. مقيد. احسب حجم الحدود لكل شكل هندسي أولي.
  2. قسّم. قسّم العناصر الأولية الكبيرة إلى عناصر أولية أصغر قابلة للتقسيم إلى مكعبات.
  3. النرد. قم بتحويل الشكل الأولي إلى شبكة من المضلعات الصغيرة، كل منها بحجم بكسل تقريبًا.
  4. الظل. احسب الإضاءة والتظليل عند كل رأس من رؤوس شبكة المضلعات الصغيرة.
  5. قسّم الشبكة إلى مضلعات صغيرة فردية، كل منها محدد ومفحوص من حيث الرؤية.
  6. إخفاء. أخذ عينات من المضلعات الدقيقة، مما ينتج عنه الصورة ثنائية الأبعاد النهائية.

في هذا التصميم، يجب على برنامج العرض تخزين مخزن الإطارات بالكامل في الذاكرة، إذ لا يمكن إخراج الصورة النهائية إلا بعد معالجة جميع العناصر الأولية. يُدخل تحسين الذاكرة الشائع خطوة تُسمى " التجميع " قبل خطوة "التقسيم". تُقسّم الصورة الناتجة إلى شبكة واسعة من "المجموعات"، يبلغ حجم كل منها عادةً 16 × 16 بكسل. ثم تُقسّم الكائنات تقريبًا على طول حدود المجموعات وتُوضع في المجموعات بناءً على مواقعها. تُقسّم كل مجموعة وتُرسم بشكل منفصل، وتُحذف بيانات المجموعة السابقة قبل معالجة المجموعة التالية. بهذه الطريقة، لا يلزم سوى الاحتفاظ بمخزن إطارات للمجموعة الحالية والأوصاف عالية المستوى لجميع العناصر الهندسية الأولية في الذاكرة. بالنسبة للمشاهد النموذجية، يؤدي هذا إلى انخفاض كبير في استخدام الذاكرة مقارنةً بخوارزمية رييس الأصلية.

رييس ريندررز

تستخدم برامج العرض التالية خوارزمية رييس بطريقة أو بأخرى، أو على الأقل تسمح للمستخدمين بتحديدها لإنتاج صورهم:

مراجع