35. Трассировка лучей

Трассировка лучей — один из методов геометрической оптики — исследование оптических систем путем отслеживания взаимодействия отдельных лучей с поверхностями. В узком смысле — технология построения изображения трехмерных моделей в компьютерных программах, при которых отслеживается обратная траектория распространения луча (от экрана к источнику).

Достоинства

-возможность рендеринга гладких объектов без интерполяции их полигональными поверхностями (например, треугольниками)

-вычислительная сложность метода слабо зависит от сложности сцены

-высокая алгоритмическая распараллеливаемость вычислений - можно параллельно и независимо трассировать два и более лучей, разделять участки (зоны экрана) для трассирования на разных узлах кластера и т.д.

Недостатки

Серьезным недостатком метода обратного трассирования является производительность. Метод растеризации и сканирования строк использует когерентность данных, чтобы распределить вычисления между пикселями. В то время как метод трассирования лучей каждый раз начинает процесс определения цвета пикселя заново, рассматривая каждый луч наблюдения в отдельности. Впрочем, это разделение влечет появление некоторых других преимуществ, таких как возможность трассировать больше лучей чем предполагалось для устранения контурных неровностей в определенных местах модели. Также это регулирует отражение лучей и эффекты преломления, и в целом - степень фотореалистичности изображения.

Основные элементы систем трассировки лучей

1) Глобальное освещение - ряд алгоритмов предназначенных для добавления более реалистичных изображений 3D сцены. Учитывает не только прямое освещение, но и отражение освещения от других элементов сцены.

2) Искаженное отражение. Если поверхность не является идеальным отражателем, то свет искажается.

3) Каустика - эффект освещения внутри среды. Особенно проявляется когда среда подвижная, например, вода.

4) Освещение от рассеющего объекта, например, неба. Позволяет создавать мягкие тени.

5) Глубина резкости - эффект выделения объекта на определенном фокусном расстоянии (в фокусе), а все остальное размыто.

Трассировка лучей в пакетах 3D моделирования

RenderMan & MentalRay - 3D Max, Maya

Pov-Ray - Blender

37. OpenGl

OpenGL (Open Graphics Library — открытая графическая библиотека) — спецификация, определяющая независимый от языка программирования кросс-платформенный программный интерфейс для написания приложений, использующих двумерную и трёхмерную компьютерную графику.

Включает более 250-ти функций для рисования сложных трёхмерных сцен из простых примитивов. Используется при создании видео-игр, САПР, виртуальной реальности, визуализации в научных исследованиях. На платформе Windows конкурирует с DirectX.

Эффективные реализации OpenGL существуют для Windows, Unix платформ , PlayStation 3 и Mac OS. Эти реализации обычно предоставляются изготовителями видеоадаптеров и активно используют возможности последних. Существуют также чисто программные реализации спецификации OpenGL, одной из которых является библиотека Mesa. Из лицензионных соображений Mesa является «неофициальной» реализацией OpenGL, хотя полностью с ней совместима на уровне кода.

Спецификация OpenGL пересматривается Консорциумом ARB (Architecture Review Board), который был сформирован в 1992 году. Консорциум состоит из компаний, заинтересованных в создании широко распространённого и доступного API. Согласно официальному сайту OpenGL, членами ARB с решающим голосом на ноябрь 2004 года являются производители профессиональных графических аппаратных средств SGI, 3Dlabs, Matrox и Evans & Sutherland (военные приложения), производители потребительских графических аппаратных средств ATI и NVIDIA, производитель процессоров Intel, и изготовители компьютеров и компьютерного оборудования IBM, Apple, Dell, Hewlett-Packard и Sun Microsystems, а также один из лидеров компьютерной игровой индустрии id Software. Microsoft, один из основоположников Консорциума, покинула его в марте 2003 года. Помимо постоянных членов, каждый год приглашается большое количество других компаний, становящихся частью OpenGL ARB в течение одного года. Такое большое число компаний, вовлеченных в разнообразный круг интересов, позволило OpenGL стать прикладным интерфейсом широкого назначения с большим количеством возможностей.