Метод трассировки лучей (raytracing)
Метод трассировки лучей основан на принципе построения траекторий лучей при их распространении в сцене. Различают два подхода к построению траекторий лучей:
- метод прямой трассировки лучей;
- метод обратной трассировки лучей.
В первом случае имитируется реальное распространение света – от источника до камеры. Траектория луча прослеживается от источника с учетом каждого отражения/пропускания от поверхностей сцены до тех пор, пока он не попадет в камеру или покинет сцену. В результате получается изображение сцены с точки зрения камеры. Метод прямой трассировки неэффективен, поскольку из всех лучей испущенных источником только незначительная их часть попадет в камеру, что требует обработки траекторий огромного числа лучей для получения изображения сцены.
В случае обратной трассировки, траектории лучей начинаются на камере в направлении объектов сцены и далее к источнику. При попадании луча на объект определяется его яркость в направлении наблюдателя, состоящая из двух составляющих: прямой — от источника света — и отраженной — от других объектов сцены. Во всех современных моделях трассировки лучей применяются упрощенные алгоритмы, использующие следующие допущения:
- рассматриваются только точечные ИС;
- отражение от поверхности прямого света ИС разделяется на диффузную и направленно-рассеянную составляющие с заданными коэффициентами ρd и ρs;
- индикатриса отражения направленно-рассеянной составляющей определяется зависимостью:
где C0 – определяется из условия нормировки:
где Θ0 – угол падения луча.
- составляющая многократных отражений учитывается введением рассеянной составляющей яркости путем приписывания всем поверхностям некоторой постоянной освещенности Ea и коэффициента рассеянного отражения ρa.
С учетом этих допущений яркость луча, идущего из точки P(r) в направлении наблюдателя (камеры) при наличии N точечных источников света определяется выражением:
где - сила света i-го источника в направлении в точку P(r). ri – расстояние от источника света до точки P(r). - вектор, зеркальный по отношению к падающему лучу .
К недостаткам метода обратной трассировки можно отнести зависимость построенного изображения от позиции камеры. Наиболее эффективным решением считается сочетание прямой и обратной трассировки, причем обратная трассировка используется для проецирования изображения сцены на экран, а прямая – для расчета прямой составляющей, учета экранирования и затенения.
5. Расчет качественных показателей освещения
5.1 Коэффициент пульсации
Дата добавления: 2017-05-02; просмотров: 2026;