Phương pháp Quantum Ray Marching để tái cấu trúc mô phỏng truyền tải ánh sáng
Author
Venue
SIGGRAPH Châu Á 2023
Abstract
Việc sử dụng máy tính lượng tử trong đồ họa máy tính đã thu hút sự quan tâm trong những năm gần đây, đặc biệt là trong ứng dụng cho việc hiển thị. Công nghệ tiên tiến nhất hiện nay trong lĩnh vực kết xuất lượng tử dựa trên thuật toán tìm kiếm Grover để tìm các điểm giao nhau của tia trong 𝑂(√𝑀) cho 𝑀 nguyên thủy. Phương pháp lượng tử này nhanh hơn phương pháp đơn giản 𝑂(𝑀) nhưng chậm hơn 𝑂(log 𝑀) của phương pháp dò tia hiện đại với cấu trúc dữ liệu tăng tốc. Hơn nữa, phương pháp theo dõi tia lượng tử này bị giới hạn cơ bản ở việc chỉ có thể phát một tia tại một thời điểm, khiến quy mô của việc hiển thị lượng tử đối với số lượng tia vẫn tương đương với các thuật toán phi lượng tử. Chúng tôi giới thiệu một phương pháp hiển thị lượng tử mới, gọi là "quantum ray marching", dựa trên việc tái định nghĩa thuật toán ray marching thành một quá trình đi bộ ngẫu nhiên lượng tử. Công trình của chúng tôi là chuỗi quy trình hiển thị lượng tử hoàn chỉnh đầu tiên có khả năng mô phỏng vận chuyển ánh sáng và vẫn nhanh hơn về mặt asymptotically so với các phương pháp phi lượng tử tương đương. Phương pháp ray marching lượng tử của chúng tôi có thể theo dõi một số lượng đường dẫn theo cấp số nhân với chi phí đa thức, và nó tận dụng tích phân số lượng tử để hội tụ trong 𝑂(1/𝑁) cho 𝑁 ước lượng, so với 𝑂(1/√𝑁) của các phương pháp không lượng tử. Những tính chất này đã dẫn đến phương pháp hiển thị lượng tử đầu tiên có tốc độ nhanh hơn về mặt asymptotically so với phương pháp Monte Carlo không lượng tử. Chúng tôi đã thử nghiệm thuật toán của mình bằng cách hiển thị các cảnh 2D và 3D.
