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3D

Método de marcha de rayos cuánticos para reformular la simulación del transporte de la luz

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Author

Logan Mosier (Universidad de Waterloo), Toshiya Hachisuka (Universidad de Waterloo), Morgan McGuire (Roblox + Universidad de Waterloo)

Venue

SIGGRAPH Asia 2023

Abstract

El uso de ordenadores cuánticos en los gráficos por ordenador ha despertado interés en los últimos años, especialmente para su aplicación al renderizado. El estado actual de la técnica en el renderizado cuántico se basa en la búsqueda de Grover para encontrar intersecciones de rayos en 𝑂(√𝑀) para 𝑀 primitivas. Este enfoque cuántico es más rápido que el enfoque ingenuo de 𝑂(𝑀), pero más lento que el de 𝑂(log 𝑀) del trazado de rayos moderno con una estructura de datos de aceleración. Además, este método de trazado de rayos cuántico está fundamentalmente limitado a lanzar un rayo a la vez, lo que hace que la escala del renderizado cuántico para el número de rayos sea la misma que la de los algoritmos no cuánticos. Presentamos un nuevo método de renderizado cuántico, el «ray marching» cuántico, basado en la reformulación del «ray marching» como un paseo aleatorio cuántico. Nuestro trabajo es el primer proceso completo de renderizado cuántico capaz de simular el transporte de la luz y sigue siendo asintóticamente más rápido que sus homólogos no cuánticos. Nuestro «ray marching» cuántico puede trazar un número exponencial de trayectorias con un coste polinómico, y aprovecha la integración numérica cuántica para converger en 𝑂(1/𝑁) para 𝑁 estimaciones, en contraposición al 𝑂(1/√𝑁) no cuántico. Estas propiedades dieron lugar al primer renderizado cuántico que es asintóticamente más rápido que el renderizado de Monte Carlo no cuántico. Probamos numéricamente nuestro algoritmo renderizando escenas en 2D y 3D.