रीयल-टाइम कंप्यूटर ग्राफिक्स

वास्तविक समय कम्प्यूटिंग ग्राफिक्स या रियल-टाइम प्रतिपादन कंप्यूटर ग्राफिक्स  का उप-क्षेत्र है। जो वास्तविक समय में छवियों का उत्पादन और विश्लेषण करने पर केंद्रित है। यह शब्द किसी प्रार्थना-पत्र के चित्रात्मक उपयोक्ता अंतरपृष्ठ (जीयूआई) को वास्तविक समय  छवि विश्लेषण के प्रतिपादन से कुछ भी संदर्भित कर सकता है, परंतु इसका उपयोग अधिकांशतः संवादमूलक 3 डी कंप्यूटर ग्राफिक्स के संदर्भ में उपयोग किया जाता है, सामान्यतः चित्रालेख प्रसंस्करण इकाई (GPU) का उपयोग किया जाता है। इस अवधारणा का एक उदाहरण एक वीडियो गेम है जो गति में भ्रम पैदा करने के लिए तेजी से बदलते 3 डी वातावरण को प्रस्तुत करता है।

कंप्यूटर अपने आविष्कार के बाद से वास्तविक समय में सरल रेखाओं, छवियों और बहुभुजों जैसी 2डी छवियों को उत्पन्न करने में सक्षम हैं। चूंकि, पारंपरिक वॉन न्यूमैन वास्तुकला - आधारित प्रणालियों के लिए विस्तृत 3D वस्तुओं को जल्दी से प्रस्तुत करना एक कठिन काम है। इस समस्या का एक प्रारंभिक समाधान स्प्राइट (कंप्यूटर ग्राफिक्स) ,2 डी छवियों का उपयोग था जो 3 डी ग्राफिक्स की नकल कर सकते थे।

प्रतिपादन के लिए विभिन्न तकनीकें अब सम्मलित हैं, जैसे कि किरण-अनुरेखण और रेखांकन। इन तकनीकों और उन्नत हार्डवेयर का उपयोग करते हुए, कंप्यूटर अब उपयोगकर्ता इनपुट को एक साथ स्वीकार करते हुए गति में भ्रम पैदा करने के लिए छवियों को पर्याप्त रूप से प्रस्तुत कर सकते हैं। इसका मतलब यह है कि उपयोगकर्ता वास्तविक समय में प्रदान की गई छवियों को जवाब दे सकता है, एक संवादमूलक अनुभव का निर्माण कर सकता है।

वास्तविक समय 3 डी कंप्यूटर ग्राफिक्स के सिद्धांत
कंप्यूटर ग्राफिक्स का लक्ष्य कुछ वांछित आव्यूह का उपयोग करके कंप्यूटर जनित छवियों या फ़्रेमों को उत्पन्न करना है। ऐसा ही एक आव्यूह किसी दिए गए सेकंड में उत्पन्न फ्रेमों की संख्या है। वास्तविक समय कंप्यूटर ग्राफिक्स सिस्टम पारंपरिक (यानी, गैर-वास्तविक-समय) प्रतिपादन सिस्टम से भिन्न होते हैं, जिसमें गैर-वास्तविक समय ग्राफिक्स सामान्यतः किरण अनुरेखन (ग्राफिक्स) पर निर्भर करते हैं। इस प्रक्रिया में, विस्तृत अनुवाद के लिए  आभासी कैमरा तंत्र  दुनिया में लाखों या अरबों किरणों का पता लगाया जाता है - यह महंगे ऑपरेशन एक फ्रेम को रेंडर में घंटों या दिन लग सकते है। वास्तविक समय ग्राफिक्स सिस्टम को प्रत्येक छवि को एक सेकंड के 1/30 वें हिस्से से कम समय में प्रस्तुत करना चाहिए। इन प्रणालियों के लिए  किरण अनुरेख बहुत धीमी है; के अतिरिक्त, वे जेड-बफर त्रिभुज रेखांकन की तकनीक का उपयोग करते हैं। इस तकनीक में, प्रत्येक वस्तु को अलग-अलग आदिम, सामान्यतः त्रिकोण में विघटित किया जाता है। प्रत्येक त्रिभुज स्क्रीन पर स्थित, घुमाया और बढ़ाया जाता है, और  रैस्टराइज़र हार्डवेयर (या एक सॉफ्टवेयर एमुलेटर) प्रत्येक त्रिभुज के अंदर पिक्सेल उत्पन्न करता है। इन त्रिभुजों को तब परमाणु इकाइयों में विघटित किया जाता है जिन्हें टुकड़े कहा जाता है जो  कंप्यूटर मॉनीटर  पर प्रदर्शित करने के लिए उपयुक्त होते हैं।टुकड़ों को स्क्रीन पर एक रंग का उपयोग करके खींचा जाता है जिसकी गणना कई चरणों में की जाती है। उदाहरण के लिए, एक संग्रहीत छवि के आधार पर एक त्रिभुज को "पेंट" करने के लिए एक बनावट का उपयोग किया जा सकता है,और फिर  छाया मानचित्रण  उस त्रिभुज के रंगों को दृष्टि-रेखा के आधार पर प्रकाश स्रोतों में बदल सकता है।

वीडियो गेम ग्राफिक्स
वास्तविक समय ग्राफिक्स समय और हार्डवेयर बाधाओं के अधीन छवि गुणवत्ता का अनुकूलन करता है। जीपीयू और अन्य अग्रिमों ने छवि गुणवत्ता में वृद्धि की है को बढ़ाया जो वास्तविक समय ग्राफिक्स उत्पादन कर सकते हैं। GPU प्रति फ्रेम, लाखों त्रिकोणों को संभालने में सक्षम हैं और वर्तमान डायरेक्टएक्स 11/ओपनजीएल 4.X क्लास हार्डवेयर वास्तविक समय में जटिल प्रभाव उत्पन्न करने में सक्षम है, जैसे  छाया मात्रा,  धीमी गति और त्रिकोण पीढ़ी। वास्तविक समय के ग्राफिक्स की उन्नति वास्तविक वीडियो गेम ग्राफिक्स और पारंपरिक रूप से वीडियो गेम में पाए जाने वाले पूर्व-प्रदान करना कट दृश्य के बीच प्रगतिशील सुधारों में दिखाई देती है। कट दृश्य को सामान्यतः वास्तविक समय में प्रदान किया जाता है-और ये अन्तरक्रियाशीलता हो सकते है। चूंकि वास्तविक समय ग्राफिक्स और पारंपरिक ऑफ-लाइन ग्राफिक्स के बीच गुणवत्ता में अंतर कम हो रहा है, ऑफ़लाइन प्रतिपादन कहीं अधिक सटीक बनी हुई है।

लाभ
वास्तविक समय के ग्राफिक्स सामान्यतः तब नियोजित होते हैं जब अन्तरक्रियाशीलता (जैसे, खिलाड़ी प्रतिक्रिया) महत्वपूर्ण होती है। जब फिल्मों में वास्तविक समय के ग्राफिक्स का उपयोग किया जाता है, तो निर्देशक का पूरा नियंत्रण होता है कि प्रत्येक फ्रेम पर क्या खींचा जाए, जिसमें कभी-कभी लंबे समय तक निर्णय लेना सम्मलित हो सकता हैं। इन निर्णयों को बनाने में सामान्यतः लोगों की टीम सम्मलित होती है।

वास्तविक समय के कंप्यूटर ग्राफिक्स में, उपयोगकर्ता सामान्यतः एक इनपुट डिवाइस को संचालित करता है ताकि यह प्रभावित हो सके कि डिस्प्ले पर क्या अनिर्णित किया जा रहा है। उदाहरण के लिए, जब उपयोगकर्ता किसी वर्ण को स्क्रीन पर ले जाना चाहता है, तो सिस्टम अगली फ्रेम बनाने से पहले वर्ण की स्थिति को अपडेट करता है। सामान्यतः, डिस्प्ले की प्रतिक्रिया-समय इनपुट डिवाइस की तुलना में बहुत धीमा होता है-यह मानव की गति के (तेजी) प्रतिक्रिया समय और मानव दृश्य प्रणाली की (धीमी) परिप्रेक्ष्य गति के बीच अत्यधिक अंतर से उचित है। इस अंतर के अन्य प्रभाव भी हैं: चूंकि मानव गति प्रतिक्रिया के साथ बनाए रखने के लिए इनपुट उपकरणों को बहुत तेज़ होना चाहिए, इनपुट उपकरणों में प्रगति (जैसे, वर्तमान डब्ल्यूआईआई रिमोट) सामान्यतः प्रदर्शन उपकरणों में तुलनीय प्रगति की तुलना में अधिक समय लेती है।

वास्तविक समय कंप्यूटर ग्राफिक्स प्रकाश व्यवस्था को नियंत्रित करने वाला एक अन्य महत्वपूर्ण कारक भौतिकी और कंप्यूटर एनीमेशन का संयोजन है। ये तकनीक काफी हद तक यह निर्धारित करती है कि स्क्रीन पर क्या विकृत होना है - विशेष रूप से दृश्य में वस्तुओं को कहाँ अंकित करना है। ये तकनीक वास्तविक दुनिया के व्यवहार (अस्थायी आयाम स्थानिक आयाम नहीं) की वास्तविक रूप से नकल करने में मदद करती हैं, जो कंप्यूटर ग्राफिक्स की यथार्थता की डिग्री को जोड़ती हैं।

ग्राफिक्स सॉफ्टवेयर के साथ वास्तविक समय पूर्वावलोकन, विशेष रूप से प्रकाश प्रभाव को समायोजित करते समय, काम की गति बढ़ा सकता है। वास्तविक समय में छवि में परिवर्तन देखते समय आंशिक उत्पादक सॉफ्टवेयर में कुछ पैरामीटर समायोजन किए जा सकते हैं।

रेंडरिंग पाइपलाइन
ग्राफिक्स पाइपलाइन (पाइपलाइन या बस पाइपलाइन प्रदान करना) वास्तविक समय ग्राफिक्स की नींव है। इसका मुख्य कार्य एक आभासी कैमरा,  त्रि--आयामी वस्तुओं (चौड़ाई, लंबाई और गहराई वाली वस्तु), प्रकाश स्रोत, प्रकाश मॉडल, बनावट और बहुत कुछ के संबंध में एक द्वि-आयामी छवि को प्रस्तुत करना है।

वास्तुकला
वास्तविक समय रेंडरिंग पाइपलाइन की वास्तुकला को वैचारिक चरणों में विभाजित किया जा सकता है: अनुप्रयोग, ज्यामिति और रेखणीकरण द्वारा।

आवेदन चरण
आवेदन चरण दृश्य या 3 डी समायोजन उत्पन्न करने के लिए ज़िम्मेदार है जो 2 डी डिस्प्ले के लिए तैयार की जाती हैं। यह चरण सॉफ्टवेयर में लागू किया गया है जिसे विकासक प्रदर्शन के लिए अनुकूलित करते हैं। यह चरण उपयोगकर्ता इनपुट को संभालने के अलावा, टकराव का पता लगाने, स्पीड-अप तकनीक, एनीमेशन और बल प्रतिक्रिया जैसे प्रसंस्करण का प्रदर्शन कर सकता है।

टकराव का पता लगाना एक ऑपरेशन का एक उदाहरण है जो आवेदन चरण में किया जाएगा। टकराव के लिए (आभासी) वस्तुओं के बीच टकराव का पता लगाने और प्रतिक्रिया देने के लिए कलन विधि का उपयोग करता है। उदाहरण के लिए, एप्लिकेशन टकराने वाली वस्तुओं के लिए नए पदों की गणना कर सकता है और एक वाइब्रेटिंग गेम कंट्रोलर जैसे फोर्स फीडबैक डिवाइस के माध्यम से फीडबैक प्रदान कर सकता है।

आवेदन चरण भी अगले चरण के लिए ग्राफिक्स डेटा भी तैयार करता है। इसमें बनावट एनीमेशन, 3 डी मॉडल का एनीमेशन, ज्यामितीय परिवर्तन के माध्यम से एनीमेशन, और ज्यामिति मॉर्फिंग सम्मलित हैं। अंत, यह दृश्य की जानकारी के आधार पर ज्यामितीय आदिम ((बिंदु, रेखाएँ और त्रिकोण) उत्पादन करता है और उन आदिमों को पाइपलाइन के ज्यामिति चरण में फीड करता है।

ज्यामिति चरण
ज्यामिति चरण बहुभुजों और शीर्षों में परिवर्तन करता है ताकि यह गणना की जा सके कि क्या आकर्षित करना है, इसे कैसे आकर्षित करना है और इसे कहां ड्रैग करना है। सामान्यतः, ये ऑपरेशन विशेष हार्डवेयर या जीपीयू द्वारा किए जाते हैं। ग्राफिक्स हार्डवेयर में विभिन्नताओं का अर्थ है कि ज्यामिति चरण को वास्तव में कई क्रमिक चरणों के रूप में लागू किया जा सकता है।

मॉडल और परिवर्तन
आउटपुट डिवाइस पर अंतिम मॉडल दिखाए जाने से पहले, मॉडल को कई रिक्त स्थानों या समन्वय प्रणालियों में बदल दिया जाता है। परिवर्तन वस्तुओं को उनके शीर्षों में परिवर्तन करके वस्तुओं को स्थानांतरित और परिवर्तन करते हैं। परिवर्तन चार विशिष्ट तरीकों के लिए सामान्य शब्द है जो किसी बिंदु, रेखा या आकृति के आकार या स्थिति में परिवर्तन करते हैं।

प्रकाश
मॉडल को अधिक यथार्थवादी रूप देने के लिए, परिवर्तन के दौरान सामान्यतः एक या अधिक प्रकाश स्रोत स्थापित किए जाते हैं। चूंकि, पहले 3 डी दृश्य को दृश्य स्थान में परिवर्तित किए बिना इस चरण तक नहीं पहुंचा जा सकता है। दृश्य स्थान में, पर्यवेक्षक (कैमरा) सामान्यतः मूल पर रखा जाता है। यदि दाएं हाथ की समन्वय प्रणाली (जिसे मानक माना जाता है) का उपयोग करते हुए, पर्यवेक्षक नकारात्मक Z- अक्ष की दिशा में y- अक्ष को ऊपर की ओर इंगित करता है और x-अक्ष को दाईं ओर इंगित करता है।

प्रक्षेपण
प्रक्षेपण एक परिवर्तन है जिसका उपयोग 2 डी अंतरिक्ष में 3 डी मॉडल का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जाता है। प्रक्षेपण के दो मुख्य प्रकार के वर्तनी विषयक प्रक्षेपण (जिसे समानांतर भी कहा जाता है) और परिप्रेक्ष्य प्रक्षेपण। वर्तनी विषयक प्रक्षेपण की मुख्य विशेषता यह है कि परिवर्तन के बाद समानांतर रेखाएं समानांतर रहती हैं। परिप्रेक्ष्य प्रक्षेपण इस अवधारणा का उपयोग करता है कि यदि पर्यवेक्षक और मॉडल के बीच की दूरी बढ़ जाती है, तो मॉडल पहले की तुलना में छोटा दिखाई देता है। अनिवार्य रूप से, परिप्रेक्ष्य प्रक्षेपण मानव दृष्टि की नकल करता है।

क्लिपिंग
क्लिपिंग (कंप्यूटर ग्राफिक्स) आदिम को हटाने की प्रक्रिया है। जो रास्टराइज़र चरण को सुविधाजनक बनाने के लिए व्यू बॉक्स के बाहर हैं। एक बार उन आदिम को हटा दिए जाने के बाद, जो आदिम रह जाते हैं, उन्हें नए त्रिकोण में तैयार किया जाएगा जो अगले चरण तक पहुंचेंगे।

स्क्रीन मैपिंग
स्क्रीन मैपिंग का उद्देश्य क्लिपिंग चरण के दौरान आदिमों के निर्देशांक का पता लगाना है।

रास्टेराइज़र चरण
रास्टेराइज़र चरण रंग लागू करता है और ग्राफिक तत्वों को पिक्सेल या चित्र तत्वों में बदल देता है।

यह भी देखें

 * बाउंडिंग अंतराल पदानुक्रम
 * डेमोस्केन
 * ज्यामिति इंस्ट्रक्शन
 * ऑप्टिकल फीडबैक
 * क्वार्ट्ज संगीतकार
 * वास्तविक समय (मीडिया)
 * रियल-टाइम रेट्रैसिंग
 * वीडियो कला
 * वीडियो प्रदर्शन नियंत्रक

ग्रन्थसूची




बाहरी कड़ियाँ

 * RTR Portal – a trimmed-down "best of" set of links to resources