Sphere Tracing é um método de renderização usado para visualizar cenas 3D sem armazenar explicitamente a geometria como polígonos. Ele é baseado em Signed Distance Functions (SDF) e é uma variação do Ray Marching, mas com uma abordagem otimizada de passos, permitindo uma detecção de interseção mais precisa e eficiente com os objetos.
Princípio Básico
Em vez de avançar o raio de forma uniforme, como no Ray Marching clássico, o Sphere Tracing usa informações de distância até a superfície mais próxima para determinar o tamanho ideal do passo. Isso reduz significativamente o número de iterações e minimiza a ocorrência de artefatos na renderização.
O algoritmo funciona da seguinte maneira:
- Geração do Raio: Um raio é lançado da câmera, com sua direção calculada com base nas coordenadas do pixel.
- Passos de Rastreamento: O raio avança, não com passos fixos, mas com passos iguais ao valor da SDF. Isso garante que o raio nunca ultrapasse um objeto.
- Detecção de Interseção: Se o valor da SDF for menor que um determinado limite (por exemplo, 0.001), o raio é considerado como tendo atingido a superfície.
- Limite de Iteração: Se o número de passos ultrapassar um limite predefinido, o pixel é tratado como fundo.
- Cálculo de Iluminação e Sombras: Após detectar uma interseção, normais, sombras e outros efeitos são calculados.
Vantagens do Sphere Tracing
- Renderização mais eficiente – Comparado ao Ray Marching tradicional, requer menos iterações, pois adapta os passos com base na informação de distância.
- Sem ultrapassagem de superfícies – O raio nunca atravessa um objeto, eliminando erros de renderização.
- Ótima compatibilidade com gráficos procedurais – Permite visualizar formas complexas sem armazenar malhas poligonais.
Limitações
- Não é adequado para cenas muito detalhadas – Em áreas onde os gradientes da SDF mudam abruptamente, podem ocorrer problemas de precisão.
- Requer descrições pré-definidas da SDF – Diferente do Ray Tracing clássico, que pode funcionar com qualquer superfície, o Sphere Tracing depende de Signed Distance Functions definidas previamente.
Conclusão
O Sphere Tracing é um método poderoso para renderizar cenas baseadas em SDF, melhorando significativamente a eficiência do Ray Marching. Ele é amplamente utilizado em gráficos procedurais, na demoscene e na arte generativa, proporcionando uma visualização rápida e precisa de formas complexas.