IDF Spring 2004 - 3º Dia

Traçado de Raios

Para demonstrar a necessidade de poder computacional, Pat convidou ao palco Phillip Slusallek, professor de computação gráfica da Universidade de Saarland, Alemanha, que nos explicou a diferença entre rasterização (rastering) e traçado de raios (ray tracing), que são duas técnicas de se renderizar imagens 3D. Atualmente o primeiro método é usado, o grande problema, porém, é que o resultado final não fica perfeitamente realista, por conta dos reflexos.

Figura 4: Diferenças entre rasterização e traçado de raios.

Na apresentação foram mostrados o modelo de dois carros (New Beetle) estacionados lado a lado. O vermelho, que usa rasterização, não reflete o que está ao seu redor. Já o azul, que usa traçado de raios, reflete o que há a sua volta, obtendo um aspecto muito mais realista. Compare nas Figura 5 e 6.

Figura 5: Detalhe do carro renderizado usando rasterização.

Figura 6: Detalhe do carro renderizado usando traçado de raios.

O grande problema de se usar traçado de raios é a complexidade dos cálculos envolvidos. Cada imagem demora minutos ou mesmo horas para ser renderizada. Com isto, torna-se impossível atualmente usar a técnica de traçado de raios para a renderização de imagens 3D em tempo real, como para jogos ou CAD.

Slusallek demonstrou um sistema onde ele conseguia renderizar imagens 3D em tempo real. Mas, para isto, usou uma "singela" configuração: 22 racks cada um contendo 2 processadores Xeon de 2,2 GHz. O sistema tinha uma capacidade total de processamento de 400 Giga FLOPS.

Figura 7: Pat Gelsinger e Phillip Slusallek ao lado da configuração usada para renderizar a animação da Figura 6 em tempo real.

Ou seja, a renderização de imagens 3D ainda mais realistas, usando a técnica de traçado de raios, é um exemplo de aplicação que se beneficia de aumento do poder computacional que poderá ser introduzido nos próximos anos.

Outro dado muito interessante apresentado foi o seguinte. Na técnica de rasterização, quanto mais polígonos a imagem 3D tem, menor é o desempenho de renderização, isto é, menos quadros por segundo são gerados. Já na técnica de traçado de raio, há pouca queda no desempenho quando aumenta-se o número de polígonos. Para imagens pouco complexas, a técnica de rasterização tem um desempenho muito superior. Mas quando estamos falando de imagens complexas, na ordem de 1 bilhão de polígonos, a técnica de traçado de raio acaba se saindo melhor que a técnica de rasterização. Com uma grande vantagem: o desempenho aumenta proporcionalmente ao número de processadores da máquina. Vemos isto no gráfico da Figura 8, onde a linha amarela mostra o desempenho da rasterização e a verde, do traçado de raios (para um, dois ou quatro processadores).

Figura 8: Desempenho da rasterização versus traçado de raio.

A deixa aqui é clara: como a Intel deverá começar a produzir em breve processadores Xeon e Itanium com múltiplos núcleos (clique aqui para saber mais sobre este assunto), esta nova safra de processadores deverá aumentar o desempenho de estações de trabalho de alto desempenho usadas na renderização de imagens 3D usando a técnica de traçado de raios.