Kalábovi

Kalábovic wikina

Uživatelské nástroje

Nástroje pro tento web


pitel:msz:raytracing

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

  • Rychlejší výpočet průsečíku
    • Obaly objektů
    • Méně výpočtů – hierarchie ohraničujících objemů. Např. strom rovnoběžnostěnů, kde pokud neprotne rodiče, nemusíme pokračovat.
    • Rozdělení prostoru
  • Méně paprsků
    • Adaptivní podvzorkování (adaptive sub-sampling) sníží počet vrhaných primárních paprsků (opakem je super-sampling)
    • Zobecněné paprsky – válec, kužel
  • Snadná paralelizace
    • Primární paprsek se vyhodnocuje nezávisle na ostatních.

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

Form factor

  • Schopnost výměny světelné energie dvou plošek ve scéně
  • Bezrozměrná veličina
  • Záleží na úhlech sevřených mezi nimi

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

  • Postupné iterační řešení rovnic
    • Na začátku se uvažuje pouze zdroje světla
    • Iteračně se světlo šíří, tvoří virtuální zdroje
    • Konverguje ke stejnému řešení, jako analytické
  • Světelné mapy
    • Pomoc texturou
    • Předpočítané osvětlení pro statickou scénu
    • Pomocí multitexturingu
    • Možnost kombinovat s Phongovým modelem osvětlení

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
  • Supersampling
    • Vhodná metoda k potlačení aliasu
    • Pixel je počítán více než z jednoho vrženého paprsku

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
    • Hloubka ostrosti
    • Simulace objektivu
    • Paprsky nejsou vrhány z jednoho bodu ale procházejí čočkou s různou pravděpodobností

Stínové paprsky (Shadow rays)

  • Měkké stíny
    • Pravděpodobnost, že bude paprsek vržen do různých míst zdroje
    • Tedy už ne bodové zdroje

Odražené paprsky (Reflection rays)

  • Matně odrazivé povrchy
    • Simulace matnosti na mikroskopické úrovni
    • Více odrazných paprsků
    • Distribuční funkce

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.
/var/www/wiki/data/pages/pitel/msz/raytracing.txt · Poslední úprava: 03. 07. 2012, 13.53:33 (upraveno mimo DokuWiki)