Ответы на вопросы к экзамену / 34 Глобальная модель освещения, фотореалистичный рендеринг

34. Глобальная модель освещения, фотореалистичный рендеринг.

2 направления 3D-графики.

1)3D-графика реального времени (комп.игры): основан на методе полигональной растеризации.

Моделирование основано на адекватном представлении поверхностей объекта. В рамках этой модели не учитывается свет как переносчик инф-и

2)Графика, рендеринг которой не совмещён во времени с воспроизведением (pre-rendering).

Основным элементом, составляющим модель, является луч света, который возникает в каких-то самосветящихся источниках, отражается или преломляется на границах раздела каких-либо тел, поглощается или попадает на сетчатку или фоточувствительную матрицу.

Сложность моделируемой сцены ничем не ограничено, за искл быстродействия и ресурсов памяти.

Моделированию подлежат не только поверхности, но и внутренние объёмы тел в случае полной или частичной прозрачности. В связи с такой классификацией различают локальную и глобальную модели освещения. Только в глобальной можно физически адекватно построить изображение, содержащее зеркальные, прозрачные или полупрозрачные тела. Кроме того, только в ней адекватно моделируется оптическая система камер, включающая эффекты глубины резкости, хромотических аберраций. В глобальной модели используются законы геометрической и волновой оптики. В частности, лучи света распространяются прямолинейно, угол падения равен углу отражения, синусы углов падающего и преломлённого лучей находятся в отношении, определяемом разницей плотностей сред и т.д.

Среди простых фотореалистичных эффектов, отображение которых затруднено с помощью полигональной растеризации, являются тени.

При полигональной растеризации конечным элементом геометрической модели является треугольник, причём из них состоят поверхности всех тел. Треуг-к м.б. видимым или перекрытым другими труг-ми, поэтому взаимное перекрытие объёмных тел моделируется точно. Однако, треуг-к м.б. невидимым не только потому, что он перекрыт другим телом, но и потому что на него попадают лучи света.

Построение теней: 1)Поместить камеру в положение, соответствующее источнику света. 2)Построить сцену с использованием стандартного z-буфера обеспечивающего соответствие каждого его элемента некоторой исходной точкой поверхности объекта. 3) Поместить камеру в её реальное положение и , восстанавливая по заполненному ранее z-буферу факт. видимости или невидимости каждой точной, закрашивать их цветом объектива или цветом теней.

Ещё более сложной задачей является правильное отображение полупрозрачных тел. В данном случае метод z-буфера неработоспособен и требуется сортировка объектов по направлению глубины.

Глобальная модель освещения позволяет моделировать эффекты диффузного и зеркального отображения. Зеркальное отображение отличается тем, что интенсивность отображённого луча зависит от угла падения.

Исторически ранним способом практической реализации рендеринга с глобальной моделью была обратная трассировка лучей. При прямой трассировке большинство лучей попадают в камеру, поэтому применяют обратную трассировку, когда лучи прослеживаются от пикселя на экране в пространство сцены. Т.о., просчитываются только те лучи, которые заведомо формируют изобр-е.

Граница между прямой и обратной трассировкой может рассматриваться как разница между обходом дерева от корня к листьям или наоборот.

При обратной трассировке проекция луча, проходящего через каждый пиксель может: 1)уходить в бесконечность; 2)попадать на поверхность к-л тела; 3) попадать на источник света.

При обратной трассировке не всегда достаточно одного луча, проходящего через каждый пиксель. При получении резких границ объектов визуальное качество может быть повышено либо постобработкой (сглаживанием полученного растра), либо пропускать через каждый пиксель большее кол-во лучей, усредняя их освещённость.