Erick Diaz

El Ray Casting es un algoritmo de renderizado de gráficos de computadora que se basa en el algoritmo de Raytracing, el cual tiene como objetivo crear escenas tridimensionales en imágenes bidimensionales.

Esta técnica se basa en los principios físicos de la reflexión, refracción y absorción de la luz; una fuente de luz emite rayos luminosos hasta ser interrumpida por un cuerpo el cual puede ser tener propiedad reflectivas, refractivas y absortivas dependiendo de los colores del mismo o si es traslúcido o transparente. Los rayos luminosos serán a su vez reflejados o refractados por otros obstáculos (cuerpos) siendo estos finalmente captados por el ojo humano con su respectiva percepción de la profundidad.

Aplicando éste principio natural a la geometría de gráficos computacionales es posible recrear este fenómeno asumiendo que cada pixel existente en pantalla proyecta un rayo geométrico trazado hacia el ojo del observador, el cual representa la luz reflejada desde el objeto hacia el ojo del observador como ocurre en el fenómeno natural logrando de esta forma la percepción tridimensional de un objeto en pantalla.

Otro ejemplo de éste fenómeno físico se aprecia en la captura de imágenes por cámaras analógicas y digitales. En la pantalla bidimensional del dispositivo es posible observar una imagen cuyos elementos poseen profundidad de campo, niveles de luminosidad, saturación y todas las características producidas por los fenómenos de refracción y absorción de la luz.

Teoría de Fondo y aspectos técnicos

La idea es que estamos construyendo un mundo en 3D lanzando un número de rayos hacia una escena. Estos rayos están basados en la posición del observador, la dirección y el campo de visión. Los números enteros representan celdas o bloques coloreados  mientras que el valor de “0” representa un espacio vacío.

Iteramos desde el lado izquierdo de la ventana hacia el derecho trazando un rayo por cada columna de pixeles. Cada vez que un rayo golpea  el borde de una celda se calcula  su longitud. Basado en qué tan lejos esté del borde dibujamos una línea vertical de pixeles centrada en la cuadrícula, así es como logramos el efecto de profundidad.

Dado que su implementación no involucra ninguna geometría tridimensional (ya que el 3D que se percibe es un efecto óptico) esta técnica puede ser utilizada en cualquier medio que soporte un contexto 2D, esto incluye lienzos HTML5  e incluso dispositivos TI-83.

Aplicaciones del Ray Casting

El Ray Casting tiene diversas aplicaciones con lo que respecta a los gráficos de videojuegos y renderizado 3D. En la década de los 90’s cuando los procesadores de las computadoras no eran capaces de ejecutar verdaderos motores gráficos en 3D, el ray casting fue utilizado como una solución. El juego más conocido que utilizaba ésta técnica era Wolfenstein 3D, lanzado al mercado en 1992.

Además tiene aplicaciones en la medicina como lo es en la imagenología médica, la cual tiene como fin crear representaciones visuales y tridimensionales del interior del cuerpo humano , valiéndose de las tecnologías actuales de captura de imágenes como lo son rayos X, resonancias magnéticas, termografías, endoscopías, ultrasonido y fotografía médica.

Esto es posible gracias a la unidad procesadora gráfica de los equipos médicos computarizados , la cual transforma las imágenes obtenidas de los medios diagnósticos ya mencionados en imágenes tridimensionales que pueden ser interpretadas por los médicos para detectar posibles patologías, malformaciones o incluso puede ser usada para fines educativos dentro del área.

En la actualidad, el algoritmo de trazado de rayos es la base para otros algoritmos más complejos de síntesis de imágenes  (mapeado de fotobes, Metropolis, entre otros) capaces de reproducir efectos de iluminación como la mezcla de colores.

El ray casting al igual que otras técnicas en la historia de la tecnología computacional toma como referencia principios naturales como es el de la refracción, reflexión y absorción de la luz. Tiene un sinfín de posibilidades en cuanto a lo que respecta a sus aplicaciones.

Podemos complementar ésta tecnología con otras áreas, tales como la medicina, la biología, diseño y producción de videojuegos, animación, las cuales tienen una participación muy importante en cuanto a las necesidades y el consumo de la población.

Recomendaciones

En mi opinión personal siento que el potencial del Ray Casting puede ser explotado en la educación implementando el diseño de plataformas virtuales que permitan la interacción entre el estudiante y el computador. Además aprovecharía sus propiedades en el campo de búsqueda y rescate de personas mediante la creación de softwares que permitan obtener una imagen tridimensional de lugares accidentados que permitan reconocer la existencia de individuos desaparecidos en el perímetro.

Bibliografía

• http://link.springer.com/article/10.1007/s00371-008-0261-9#page-1

• http://lodev.org/cgtutor/raycasting.html

• http://benjamin.mora.free.fr/A%20new%20object-order%20RayCasting%20algorithm.pdf