ควอนตัมเรย์มาร์ชชิงสำหรับการปรับรูปแบบใหม่ของการจำลองการขนส่งแสง
Author
Venue
SIGGRAPH เอเชีย 2023
Abstract
การใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมในกราฟิกคอมพิวเตอร์ได้รับความสนใจในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการประยุกต์ใช้ในการเรนเดอร์ สถานะปัจจุบันของเทคโนโลยีการเรนเดอร์ควอนตัมอาศัยการค้นหาของ Grover เพื่อหาจุดตัดของเรย์ใน 𝑂(√𝑀) สำหรับ 𝑀 ไพรมิทีฟ วิธีการควอนตัมนี้เร็วกว่าวิธีการแบบธรรมดาที่ใช้ 𝑂(𝑀) แต่ช้ากว่า 𝑂(log 𝑀) ของการเรนเดอร์แบบเรย์เทรซิงสมัยใหม่ที่ใช้โครงสร้างข้อมูลแบบเร่งความเร็ว นอกจากนี้ วิธีการติดตามรังสีควอนตัมนี้มีข้อจำกัดพื้นฐานในการยิงรังสีเพียงหนึ่งรังสีในแต่ละครั้ง ทำให้ขนาดการเรนเดอร์ควอนตัมยังคงเท่ากับจำนวนรังสีในอัลกอริทึมที่ไม่ใช่ควอนตัม เราขอนำเสนอวิธีการเรนเดอร์ควอนตัมใหม่ คือ quantum ray marching ซึ่งอิงจากการปรับรูปแบบของ ray marching ให้เป็นการเดินสุ่มแบบควอนตัม งานวิจัยของเราเป็นกระบวนการเรนเดอร์ควอนตัมแบบครบวงจรแรกที่สามารถจำลองการเคลื่อนที่ของแสงได้ และยังคงเร็วกว่าวิธีการที่ไม่ใช่ควอนตัมในเชิงทฤษฎี การเดินเส้นทางด้วยลำแสงควอนตัมของเราสามารถติดตามเส้นทางจำนวนมหาศาลที่มีต้นทุนเป็นพหุนาม และใช้การรวมตัวเลขเชิงปริมาณเพื่อบรรจบใน 𝑂(1/𝑁) สำหรับการประมาณค่า 𝑁 ซึ่งแตกต่างจากแบบไม่ใช้ควอนตัมที่เป็น 𝑂(1/√𝑁) คุณสมบัติเหล่านี้นำไปสู่การเรนเดอร์ควอนตัมครั้งแรกที่เร็วกว่าการเรนเดอร์แบบมอนติคาร์โลที่ไม่ใช้ควอนตัมในเชิงสมมาตร เราได้ทดสอบอัลกอริทึมของเราเชิงตัวเลขโดยการเรนเดอร์ฉาก 2 มิติและ 3 มิติ
