Реалистическое представление сцен в компьютерной графике. Алгоритм трассировки лучей, метод излучательности.

Основные направления реалистического представления сцен компьютерной графики определяются как:

синтез реалистичных изображений,

реалистическое оживление синтезированных объектов (анимация).
​

При создании электронных графических моделей необходимо решить ряд проблем необходимых для формирования у пользователей адекватного представления у самой модели и объекте реального мира, который эта модель представляет, к этим проблемам можно отнести:

Сложность геометрии объектов реального мира и виртуального мира

Сложность геометрии сообщений между объектами реального мира и виртуальной моделью

Сложность описания динамики

Сложность описания способов освещения и текстур поверхности объектов реального мира и виртуального

Сложность описания виртуальной окружающей среды

Алгоритмы подобные данному называются алгоритмами прямой трассировки лучей.

​

 

Алгоритм трассировки (обратной) лучей работает в несколько базовых итераций:
1) В рассмотрение принимаются только точечные источники света; все остальные исключаются.

2) Освещенность любого объекта считается состоящей из 4-х основных составляющих:

Б)Диффузное отражение(много лучей отражения)

В) Идеальное преломление.

Г) Диффузное преломление (преломление распадается на несколько лучей).

3)Освещенность объекта может быть посчитана как сумма первичной освещенности(свет приходит от источника света и по зеркальному отражению) и вторичной освещенности(свет приходит от преломленных лучей).

4) Из вышесказанного следует, что в общем случае от картинной плоскости(от глаза наблюдателя) нужно оттрассировать 3 группы лучей: на все видимые источники света, на объекты зеркально отражающие свет, и объекты, преломляющие свет.

5) Для упрощения поиска точек пересечения лучей и сложных объектов, каждый объект условно помещается в элементарную 3D фигуру(сферу или параллелепипед). Поиск точек облегчается.

Формула расчета освещенности в методе трассировки лучей.

Процесс нахождения точек пересечения отраженных и преломленных лучей, идущих от источников света, с объектами сцены является достаточно сложным процессом.

В связи с этим каждый сколь угодно геометрически сложный объект сцены помещается в условно простое геометрическое тело(шар или параллелепипед). Точки пересечения лучей с такими объектами ищутся достаточно просто, качество реализации алгоритма снижается – достаточно сложно смоделировать мягкий переход эффектов преломления и отражения от одной грани к другой.

Метод излучательности.

Метод обеспечивает вычисление глобальной (общей) освещенности сцены вне зависимости от местоположения наблюдателя или точки зрения на сцену.

В основе метода лежит закон сохранения энергии в замкнутой системе, в соответствии с которым все объекты разбиваются на отдельные фрагменты и для каждого строится уравнение баланса энергии.