Realistické zobrazování
Metoda sledování paprsku
Ray tracing (graphics)
Dobře zobrazuje:
Globální stíny
Průhlednost
Odrazivé povrchy
Ovšem chybí měkké stíny, prasátka, nerozkládá paprsek na spektrální složky apod.
Princip
Simulace reálného šíření světla
Paprsky fotonů šířící se ze světla do kamery (výpočetně enormně náročné)
V reálu prováděno zpětné sledování paprsku pro omezení počtu počítaných paprsků
Vysílání paprsků (primární paprsky) z kamery každým pixelem vypočítávaného obrazu do scény
Při dopadnu na objekt (výpočet průsečíku) vyhodnoceny vlivy zdrojů světla (Phong apod.)
Vyhodnocení světelné energie (RGB)
Je možné vrhnout z bodu paprsky (stínové paprsky) ke všem zdrojům (omezeno na bodové zdroje) a zjistit, zda-li jsou jím zastíněné, nebo ne. Podle toho se buď připočte příspěvek zdroje, nebo ne.
Při dopadu na lesklé / průhledné povrchy se vyšlou odrazové, popřípadě lámané sekundární paprsky, počítají se rekurzivně
Vrhání paprsků – Raycasting je základní metoda bez sekundárních paprsků
Nezvládá: stíny, odrazy, lomy apod.
Urychlení výpočtů
Méně paprsků
Adaptivní podvzorkování (adaptive sub-sampling) sníží počet vrhaných primárních paprsků (opakem je super-sampling)
Zobecněné paprsky – válec, kužel
Radiozita
Radiosity (computer graphics)
Je postavena na jiném principu než rodina metod založených na sledování paprsku. Myšlenka radiozity spočívá v aplikaci zákona zachování energie na uzavřené systémy složené z povrchů, jež světlo pohlcují, odrážejí a eventuelně vyzařují.
Za předpokladu dostatečně malých elementů scény a dokonalé matnosti povrchů, radiozita počítá fyzikálně správné osvětlení (oproti ostatním metodám).
Rovnice radiozity
Udává plošné ohodnocení povrchových elementů ve scéně z hlediska přímého i nepřímého osvětlení daného elementu. Výsledkem výpočtu tedy není snímek. Při snímkování stačí už jen vyhodnotit viditelnost.
Bᵢ = Eᵢ + ρᵢ · ∑BjFij
Bᵢ – záření (radiosity) z povrchu i
Eᵢ – vyzařování (emissivity) z povrchu i
ρᵢ – odraznost (reflectivity) povrchu i
Fij – form factor povrchu j oproti povrchu j
Výpočet
Množství dopadající světelné energie je možné vyjádřit pomocí form faktorů a intenzit světla vyzařovaných všemi ostatními ploškami ve scéně.
n lineárních rovnic o n neznámých, řešením jsou intenzity vyzařování z jednotlivých plošek.
Většinou matice silně diagonální (hodně plošek mají form faktor nulový, nevidí na sebe).
Jedná se o difúzní povrchy vyzařování je konstantní do všech směrů – nemusí se při zobrazení snímků znova počítat.
Postup osvětlování a zobrazování pomocí radiozity
Získat form-factory
Přiřadit povrchům vlastní vyzařování
Řešit rovnici
Zobrazit vhodnou zobrazovací metodou (sledování paprsku, rasterizace)
Nevýhoda
Pouze difúzní povrchy
Není odraz, průhlednost
Optimalizace
Distribuované sledování paprsku
Distributed ray tracing
Jednoduchá modifikace Raytracingu: paprsek nahrazen distribuční funkcí paprsků
Metoda je přísně deterministická (primární i sekundární paprsky jsou přesně určeny) generuje ideální odraz.
Každý paprsek je určen distribuční funkcí (pravděpodobnost, že paprsek bude vržen daným směrem).
Výpočet pomocí Monte Carlo (distribuce vzorkována náhodně zvolenými pokusy, výsledek je vážený průměr všech pokusů).
Metoda je základem pro techniky sledování částic a sledování cest
Paprsky z kamery (Eye rays)
Motion blur
Rychle se pohybující objekty jsou rozmazány
Distribuční funkce může mít časovou složku
Paprsky vrhány v čase a pak sečteny (víc paprsků každým pixelem)
Depth of field
Stínové paprsky (Shadow rays)
Odražené paprsky (Reflection rays)
Zalomené paprsky (Refraction rays)
Matné průhledné povrchy
Podobně jako odražené sekundární paprsky i zalomené sekundární paprsky nejsou v metodě distribuovaného sledování paprsku vrhány přesně podle zákonů optiky (které jsou uplatnitelné pouze pro ideálně lesklé povrchy), ale distribuční funkce určí variaci normály v daném bodě, která vyjadřuje matnost daného průhledného povrchu.