Codificación de algoritmos de trazado de rayos en Vulkan

Abstract

El trazado de rayos es una técnica ampliamente utilizada para la generación de imágenes realistas en gráficos por computadora, debido a su capacidad para simular de forma precisa algunos fenómenos de iluminación. Por otra parte, su elevado costo computacional ha limitado históricamente su uso en aplicaciones interactivas o en tiempo real. En los últimos años, la incorporación de hardware especializado para la aceleración del trazado de rayos en GPUs de uso general ha permitido ampliar el uso de estas técnicas, dando lugar a enfoques híbridos que combinan métodos tradicionales de rasterización con algoritmos de trazado de rayos. Para facilitar este tipo de aplicaciones, las principales APIs gráficas modernas, como Vulkan y DirectX, incorporan soporte específico para la ejecución de algoritmos de trazado de rayos sobre GPU. En este contexto, el presente proyecto se centra en la implementación y evaluación de distintas técnicas de trazado de caminos ejecutadas íntegramente sobre GPU, utilizando extensiones especializadas de Vulkan. Se implementaron tres algoritmos representativos y se evaluaron sobre un conjunto de escenas de prueba y sobre dos GPU de distintos fabricantes y arquitecturas, analizando su comportamiento en términos de convergencia, ruido y desempeño computacional. Los resultados obtenidos permiten concluir que no hay un algoritmo ganador, sino que depende del hardware disponible y de la configuración de la escena a renderizar, tanto en su geometría como en su iluminación. De este modo, el trabajo aporta una visión práctica sobre las ventajas y limitaciones de cada enfoque, y ejemplifica algunos aspectos relativos a la implementación de algoritmos de transporte de luz en diferentes GPUs. El software generado se encuentra en: https://github.com/StrikerMF4/ vkraytracing.