Real-time ray tracing in OpenGL

Abstract

Los gráficos por computadora son una de las ramas más amplias de estudio dentro de las ciencias computacionales. Su objetivo principal es sintetizar una imagen de un modelo 2D o 3D, cuyo proceso se conoce formalmente como renderización. Uno de los métodos más importantes de renderización 3D es el trazado de rayos, que se distingue por su capacidad de simular el comportamiento de la luz de forma realista. Para lograrlo, se apoya principalmente en ramas como la radiometría y la geometría óptica, con el fin de modelar correctamente el comportamiento de la luz cuando interactúa con superficies. Asimismo, se toma en cuenta la teoría de microfacetas, la cual modela una superficie como una colección de pequeños espejos distribuidos aleatoriamente. La incorporación de estas nociones en los gráficos por computadora se conoce como renderización basada en la física. Al ser combinada con la técnica de trazado de rayos, se pueden simular de forma realista los distintos comportamientos y efectos de la luz, tales como la reflexión, refracción, sombras, sangrado de color, entre otros. Otro aspecto fundamental de los gráficos por computadora es su interactividad, lo cual se logra mediante una cámara capaz de moverse dentro de la escena, pudiendo observar distintas perspectivas mientras todo se renderiza en tiempo real. La renderización en tiempo real es posible gracias al uso de la unidad de procesamiento gráfico (GPU), la cual nos permite paralelizar la tarea de renderizado, generando varias imágenes por segundo. Este trabajo incorpora los conceptos mencionados para implementar un renderizador de trazado de rayos en tiempo real, haciendo uso de OpenGL, una API para el manejo de la GPU.