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 B i – излучательность элемента с номером i E i – энергия, излученная собственно элементом R i – коэффициент отражения данного элемента F ij – коэффициент формы (форм-фактор) A i – площадь i-го элемента Глобальные модели освещения Итоговое уравнение для каждого элемента – считаем, что излучательность постоянна на всем элементе

Коэффициент формы Форм-фактор i-го патча определяет, какая часть излучательности j- го 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 Глобальные модели освещения Расчет форм-фактора с помощью полукуба

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

Примеры работы Глобальные модели освещения

Примеры работы Глобальные модели освещения

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

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

Основные подходы Глобальные модели освещения 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 Прямая 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 Обратная трассировка

Прямая трассировка Глобальные модели освещения

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

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

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

Стохастическая трассировка Глобальные модели освещения Мягкие отражения Мягкие преломленияМягкие тени

Стохастическая трассировка Глобальные модели освещения Несколько сэмплов по времени Дисперсия света

Достоинства и недостатки Глобальные модели освещения 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

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 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 Первый проход

Основная идея 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 Второй проход

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

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

Примеры работы Глобальные модели освещения