What is Ray Tracing?✨
CGI වැඩ කරන හැටි: Ray Tracing වලින් TV Shows & Movies හදන මැජික් එක! 🎬
fx-iskole blog අඩවියට ඔයාව සාදරයෙන් පිළිගන්නවා! අද අපි කතා කරන්න යන්නේ ඔයාලා හැමදාම වගේ බලන TV shows, movies, advertisements වල දකින අතිවිශිෂ්ට visual effects, ඒ කියන්නේ Computer Generated Images (CGI) නිර්මාණය වෙන්නේ කොහොමද කියන එක ගැන. මේකෙදි විශේෂයෙන්ම "Ray Tracing" කියන තාක්ෂණය මේ CGI ලෝකය වෙනස් කරලා තියෙන විදිහ ගැන අපි ගැඹුරින් බලමු.
මොකක්ද මේ CGI කියන්නේ? ඇයි ඒක මෙච්චර වැදගත්? 🤔
CGI කියන්නේ සරලවම කිව්වොත් පරිගණක ආශ්රයෙන් නිර්මාණය කරන රූප. ඔයාලා "Avengers Endgame" එකේ Thanos ගේ මහා සටන්, "Avatar" එකේ Pandora ලෝකේ අසිරිය, එහෙමත් නැත්නම් "Star Wars" වල අභ්යවකාශ සටන් දර්ශන දැකලා ඇතිනේ. මේ හැමදේම වගේ නිර්මාණය වෙන්නේ CGI තාක්ෂණයෙන්. 3D Artists ලා මේ වගේ scene එකක් හදද්දී, objects (උදා: අභ්යවකාශ යානා) model කරලා, ඒවාට texture (පෙනුම, පාට) දීලා, lights, background, camera එකක් එක්ක scene එක හදලා, ඊට පස්සේ ඒක "Render" කරනවා.
Rendering කියන්නේ computational process එකක්. ඒ කියන්නේ, පරිගණකය හරහා ආලෝක කිරණ (light rays) කොහොමද 3D models මත වැටිලා, ඒවායින් bounce (පරාවර්තනය) වෙලා, ඒ models වලට ආලෝකය ලබාදෙන්නේ කියන එක simulate කරන එක. මේකෙන් තමයි සරල 3D models ටිකක් අරගෙන, හිතාගන්න බැරි තරම් realistic environment එකක් හදන්නේ.
Ray Tracing: CGI වල හදවත! ❤️
Ray Tracing කියන්නේ CGI නිර්මාණකරණයේදී, විශේෂයෙන්ම ආලෝකය සහ සෙවනැලි (shadows) යථාර්ථවාදීව පෙන්වන්න පාවිච්චි කරන ප්රධානතම ක්රමවේදයක්. TV shows, movies වල industry standard එක තමයි "Path Tracing" කියන Ray Tracing algorithm එක.
හිතන්නකෝ මෙහෙම. ඇත්ත ලෝකේදී, ආලෝක කිරණයක් (උදා: සූර්යයාගෙන් එන) වස්තුවක වැදුනම, ඒ වස්තුවේ පාට අනුව සමහර ආලෝක තරංග අවශෝෂණය කරගෙන, අනිත් ඒවා පරාවර්තනය කරනවා. රතු පාට වහලක් රතු පාටින් පේන්නේ ඒක රතු ආලෝකය පරාවර්තනය කරන නිසා. මේ පරාවර්තනය වුණු ආලෝකය තමයි අපේ ඇහැට හරි කැමරාවකට හරි එන්නේ.
Path Tracing වලදී වෙන්නෙත් මේ වගේ දෙයක්. හැබැයි, මේකෙදි කෝටි ගාණක් light rays calculate කරන්න ඕන නිසා, direct විදිහට light source එකෙන් ray trace කරනවා වෙනුවට, camera එකේ ඉඳන් scene එක ඇතුලට rays යවනවා.
Primary Rays:
කැමරාවේ view plane (අපිට පේන screen එක) එකේ තියෙන හැම pixel එකක් හරහාම ray එකක් scene එකට යනවා. මේ ray එක මුලින්ම වදින object එකේ පාට තමයි ඒ pixel එකට ලැබෙන්නේ. (උදා: ray එක රතු පුටුවක වැදුනොත්, pixel එක රතු වෙනවා).
Direct Illumination (සෘජු ආලෝකනය):
Primary ray එක object එකක වැදුනට පස්සේ, ඒ වැදුණු ලක්ෂ්යය ආලෝක ප්රභව වලින් (උදා: සූර්යයා, ලයිට් බල්බ්) කෙලින්ම ආලෝකමත් වෙනවද බලන්න "Shadow Rays" කියන කිරණ ඒ ලක්ෂ්යයේ ඉඳන් ආලෝක ප්රභව වලට යවනවා.
මේ shadow ray එකට කිසිම බාධාවක් නැතුව ආලෝක ප්රභවයට යන්න පුළුවන් නම්, ඒ ලක්ෂ්යය කෙලින්ම ආලෝකමත් වෙනවා. බාධාවක් තිබුනොත්, ඒක සෙවනැල්ලක තියෙනවා.
Indirect Illumination (වක්ර ආලෝකනය) / Global Illumination:
යථාර්ථවාදී දර්ශනයක් හදන්න මේක අත්යවශ්යයි. ආලෝකය එක තැනක වැදිලා එතනින් තව තැනකට bounce වෙනවා. උදාහරණයක් විදිහට, රතු පාට බැලූමක් ළඟ තියෙන බිත්තියකටත් රතු පාට ගතියක් එනවා. මේකට කියන්නේ "Color Bleed" කියලා. Path Tracing වලදී, primary ray එක වැදුණු තැනින් "Secondary Rays" කියන කිරණ bounce වෙලා scene එකේ තවත් තැන් වල වදිනවා.
ඒ වදින හැම තැනක්ම ආයෙත් පොඩි light source එකක් වගේ ක්රියා කරලා, මුල් ලක්ෂ්යය ආලෝකමත් කරනවා. මේ secondary rays කිහිප වතාවක්ම bounce වෙන්න පුළුවන්. මේ මුළු process එකට තමයි "Global Illumination" කියන්නේ.
Material Properties (ද්රව්ය වල ස්වභාවය):
ආලෝක කිරණ වස්තුවකින් bounce වෙන විදිහ ඒ වස්තුවේ material එක මත රඳා පවතිනවා. මතුපිට rough (රළු) ද, smooth (සිනිඳු) ද, metal (ලෝහ) ද, glass (වීදුරු) ද කියන එක අනුව ආලෝකය හැසිරෙන විදිහ වෙනස්.
උදාහරණයක් විදිහට, හරිම smooth මතුපිටක් කණ්ණාඩියක් වගේ හැසිරෙනවා, rough මතුපිටකින් ආලෝකය විවිධ දිශා වලට විසිරෙනවා. Glass වගේ material එකකින් ආලෝකය refraction (වර්තනය) වෙනවා.
මේ Calculations වල තියෙන Challenge එක! 🤯
Scene එකක තියෙන objects හැදිලා තියෙන්නේ triangles වලින්. සමහරවිට scene එකක triangles මිලියන ගාණක් තියෙන්න පුළුවන්. ඉතින්, camera එකෙන් එන හැම ray එකක්ම මේ triangles වලින් කොයි එකේද මුලින්ම වදින්නේ කියලා හොයාගන්න එක ලොකු computational challenge එකක්.
මේකට විසඳුමක් තමයි "Bounding Volume Hierarchy" (BVH) කියන්නේ. සරලවම කිව්වොත්, scene එකේ තියෙන triangles පොඩි පොඩි කොටු (bounding volumes) වලට බෙදනවා. ඊට පස්සේ ඒ කොටු තවත් පොඩි කොටු වලට බෙදනවා. මේ විදිහට ගහක අතු බෙදෙනවා වගේ hierarchy එකක් හැදෙනවා. Ray එකක් ආවම, මුළු scene එකේම triangles check කරනවා වෙනුවට, මේ BVH එක හරහා ගිහින්, අදාළම පොඩි කොටුවේ තියෙන triangles ටික විතරක් check කරනවා. මේකෙන් calculations ගොඩක් අඩු කරගන්න පුළුවන්.
GPUs: Ray Tracing වල සුපිරි බලය! 💪
මේ තරම් සංකීර්ණ calculations කරන්න, විශේෂයෙන්ම path tracing වගේ දෙයක් කරන්න, ඉස්සර supercomputers ඕන වුණා. "Path Tracing" concept එක 1986 දී ආවත්, "Zootopia", "Moana", "Coco" වගේ movies වල මේක පාවිච්චි කරන්න අවුරුදු 30ක් විතර ගියා. ඒ කාලේ movies render කරන්න computers දහස් ගාණක් තියෙන server farms මාස ගණන් වැඩ කළා!
හැබැයි, අද තියෙන නවීන Graphics Processing Units (GPUs), උදාහරණයක් විදිහට Nvidia RTX කාඩ්පත් වල, මේ Ray Tracing calculations ඉක්මනින් කරන්නම හදපු විශේෂ "RT Cores" (Ray Tracing Cores) සහ "CUDA Cores" (Shading Cores) දහස් ගාණක් තියෙනවා. මේ නිසා, ඉස්සර දවස් ගණන්, මාස ගණන් ගිය rendering process එකක් දැන් විනාඩි කිහිපයකින්, පැය කිහිපයකින් කරගන්න පුළුවන් වෙලා තියෙනවා.
Video Games වල Ray Tracing 🎮
Video Games වලදීත් Ray Tracing පාවිච්චි වෙනවා, හැබැයි movies වල තරම් detail එකට නෙවෙයි, මොකද games real-time render වෙන්න ඕන නිසා. "Screen Space Ray Tracing" (SSRT) වගේ techniques වලින් screen එකේ පේන දේවල් වල reflections හදනවා. හැබැයි, camera එකෙන් එහාට තියෙන දේවල් SSRT වලින් reflect වෙන්නේ නෑ. "Unreal Engine" එකේ "Lumen" වගේ system වලින් global illumination එකත් යම්තාක් දුරට real-time කරන්න උත්සාහ කරනවා.
ලංකාවේ අපිට මේක වැදගත් ඇයි? 🇱🇰
දැන් ඔයාලට තේරෙනවා ඇති CGI සහ Ray Tracing කියන්නේ මොනතරම් බලවත් සහ සංකීර්ණ තාක්ෂණයක්ද කියලා. ලංකාවේ තරුණ නිර්මාණකරුවන්ට මේ වගේ advanced දැනුමක් ලබාගන්න එක ගොඩක් වටිනවා. විශේෂයෙන්ම, fx-iskole.me හරහා අපි මේ ජාත්යන්තර මට්ටමේ දැනුම ඔයාලගේ මව් භාෂාවෙන්ම, සිංහලෙන්ම, ලබාදෙන්න උත්සාහ කරන්නේ ඒ නිසයි. ගොඩක් වෙලාවට මේ වගේ high-quality educational content තියෙන්නේ English වලින්. ඒක හැමෝටම පහසු නෑ.
ඒ නිසා, fx-iskole.me එකෙන් අපි Houdini, Unreal Engine, Cinema 4D, Nuke, 3ds Max, ZBrush වගේ industry-standard software ගැන courses සිංහලෙන්ම ඔයාලට ගේනවා. අපේ "Introduction to VFX", "Introduction to Unreal Engine 5.5" වගේ courses දැනටමත් අපේ website එකේ තියෙනවා. ඒ වගේම, අපේ YouTube channel එක හරහාත් අපි free introductory videos නිතරම දානවා.
මේ තාක්ෂණයන් ඉගෙනගෙන, ලෝක මට්ටමේ VFX artist කෙනෙක්, game developer කෙනෙක් වෙන්න ඔයාලටත් පුළුවන්!
ඉතින්, මේ CGI සහ Ray Tracing මැජික් එක ගැන ඔයාලට හොඳ idea එකක් එන්න ඇති කියලා හිතනවා. තවත් මේ වගේ වැදගත් දේවල් දැනගන්න, අපේ courses වලට join වෙන්න, fx-iskole.me වෙබ් අඩවියට අනිවාර්යයෙන්ම පිවිසෙන්න!
ඔබේ අදහස් සහ ප්රශ්න පහලින් comment කරන්නත් අමතක කරන්න එපා.