Излучательность Трассировка лучей Фотонные карты Андрей Татаринов Глобальные

Излучательность. Трассировка лучей. Фотонные карты. Андрей Татаринов Глобальные модели освещения

Излучательность Метод излучательности построен на анализе распределения световой энергии между объектами сцены. Глобальные модели освещения

Основная идея • Каким-либо образом разбить все объекты сцены на участки • Для кадого участка в соответствии с уравнением светового баланса вычислить долю энергии на нем • Энергия, излучаемая участком – это сумма собственно энергии, излученной самим участком, и отраженной энергии, излученной другими участками Глобальные модели освещения

Уравнение излучательности Bi – излучательность элемента с номером i Ei – энергия, излученная собственно элементом Ri – коэффициент отражения данного элемента Fij – коэффициент формы (форм-фактор) Ai – площадь i-го элемента Итоговое уравнение для каждого элемента – считаем, что излучательность постоянна на всем элементе Глобальные модели освещения

Коэффициент формы Форм-фактор i-го патча определяет, какая часть излучательности jго патча достигнет i-го патча. Форм-фактор должен учитывать площади обоих патчей, их взаимную ориентацию и расстояние между ними Глобальные модели освещения

Коэффициент формы Расчет форм-фактора с помощью полусферы Расчет форм-фактора с помощью полукуба Глобальные модели освещения

Модификации алгоритма Использование адаптивного выбора размера элементов Использование прогрессивной излучательности Глобальные модели освещения

Примеры работы Глобальные модели освещения

Достоинства и недостатки Преимущества: • Позволяет точно находить диффузную составляющую освещенности сцены • Выполненный рассчет не зависит от положения наблюдателя Недостатки: • Невозможность расчета отражений и преломлений вблизи идеальных (зеркальных) углов • Трудности в расчете больших открытых сцен Глобальные модели освещения

Трассировка лучей Метод трассировки лучей основывается на отслеживании путей лучей света в сцене с учетом их отражений и преломлений Глобальные модели освещения

Основные подходы Прямая трассировка • От всех источников света испускаются лучи во всех направлениях • Рассчитываются преломление и отражение каждого луча, в том числе и отраженного, т. е. каждая точка сцены может освещаться либо напрямую источником, либо отраженным светом • Часть лучей, попавшая в глаз наблюдателя, формирует в нем изображение сцены Обратная трассировка • Отслеживаются лучи, проходящие из глаза наблюдателя через каждый пиксель экрана в сцену • Для каждого луча учитывается преломление и отражение, пути всех лучей отслеживаются рекурсивно Глобальные модели освещения

Прямая трассировка Глобальные модели освещения

Обратная трассировка 1 – отраженный луч 2 – луч на источник света (теневой луч) 3 – преломленный луч Глобальные модели освещения

Отражение и преломление Зеркальное отражение Диффузное отражение Идеальное преломление Глобальные модели освещения

Стохастическая трассировка Идея заключается в расщеплении трех основных типов лучей – зеркального, преломленного и теневого – на пучки, и отслеживание набора лучей в каждом пучке Глобальные модели освещения

Стохастическая трассировка Мягкие отражения Мягкие преломления Мягкие тени Глобальные модели освещения

Стохастическая трассировка Несколько сэмплов по времени Дисперсия света Глобальные модели освещения

Достоинства и недостатки Прямая трассировка + Позволяет получить точное изображение с учетом вторичного освещения - Очень низкая скорость работы, нужно отследить большое количество лучей Обратная трассировка + Расчет изображения с учетом теней, многочисленных отражений и преломлений - Невозможность учесть вторичное освещение Глобальные модели освещения

Фотонные карты На первом проходе с помощью прямой трассировки строится фотонная карта, из которой на втором проходе с помощью обратной трассировки получается готовое изображение Глобальные модели освещения

Основная идея Первый проход • Из источника света во всех направлениях испускаются фотоны – порции энергии • Фотон может быть поглощен, диффузно рассеян, отражен вблизи зеркального угла, преломлен прозрачной поверхностью диффузно или вблизи идеального угла преломления Глобальные модели освещения

Основная идея Второй проход • Используется обратная стохастическая трассировка • Вычисляется прямая освещенность, вклады отраженных и преломленных лучей • Для расчета диффузного освещения используется фотонная карта • Фотонная карта также используется для учета вторичных отражений Глобальные модели освещения

Caustics – области концентрации световых лучей на диффузных поверхностях после отражения или преломления зеркальными и прозрачными объектами. Глобальные модели освещения

Caustics, полученные при разных положениях источника света Caustics от двух стеклянных объектов Глобальные модели освещения

Примеры работы Глобальные модели освещения