GraphiCon’2008. Летняя школа
Глобальное
освещение и его модели
Global illumination
проф. ВМК ННГУ им.Н.И.Лобачевского Турлапов В.Е., vadim.turlapov@cs.vmk.unn.ru
24 июня 2008
Вопросы для обсуждения:
1.Локальное и глобальное освещение. Что такое shading?
2.Волновая и квантовая природа света. Световые эффекты
3.BRDF и основное уравнение освещенности
4.Проблема реального времени и подходы к упрощению основного уравнения освещенности
5.Прямая и обратная трассировка лучей (Ray tracing)
6.Моделирование диффузного переизлучения (Radiosity)
7.Метод фотонных карт (Photon mapping)
8.Распространение света в материалах (subsurface scattering, translucent, BSSDRF ).
9.Что такое глобальное освещение?
Global & Local Illumination
Алгоритмы моделирования освещения можно разделить на две группы: алгоритмы локального освещения (local illumination) и алгоритмы глобального освещения (global illumination).
Local illumination
Алгоритмы локального освещения - самые простые способы расчета освещенности поверхностей, рассматривают отражение или пропускание света для каждой поверхности 3D сцены независимо от других поверхностей, принимая во внимание только первичные источники света (задача Lighting/Shading: интенсивность, цвет, направление распространения отражённого и преломленного света).
Алгоритмы local illumination могут использоваться в качестве элементарных составляющих расчета глобального освещения.
Алгоритмы local illumination используются в играх для расчета динамического освещения моделей.
Главной целью алгоритмов global illumination является воспроизведение
реального освещения. Далее 2 примера с Корнуэльской комнатой: (history, comparison, lab, course):
http://graphics.ucsd.edu/~henrik/images/cbox.html
http://graphics.ucsd.edu/~henrik/images/cbox.html
Сравнение возможностей глобального и локального освещений
Local Illumination (Wikipedia), что неверно. |
Global Illumination |
Простая демонстрация двух картинок (Wikipedia), даже с анализом их различия, не раскрывает проблемы глобального освещения.
Корнуэльская комната: (history, comparison, lab, course):
Лазеры. Волновая и квантовая 
природа света
Лазеры на красителях и модель Ламберта. Волновая и квантовая природа света
Закон Ламберта для диффузного отражения:
Lo=Ld kd cos(θ)
Поглощение, преломление, распространение света под поверхностью, интерференция, переизлучение: существенная неоднородность объекта и процессов.
Необходимы стохастические модели?!
Вформировании излучаемого и отражаемого цвета, как и в его восприятии, могут быть задействованы и волновые, и квантовые процессы, происходящие в материале
объектов и в колбочках глаза человека. |
|
|
Световые эффекты.
Порождающие факторы и проблемы 
моделирования
Каустики и godrays
Воздух, заполненный капельками воды, пылью или дымом, представляет собой объемную среду, с которых свет активно взаимодействует:
Интерференция
Радуга
Рассеивание света
Освещение |
|
отраженным светом |
HDR |
(непрямое, radiosity) |
Более полная модель распространения света
Reflected |
Incoming |
|
Light |
||
Light |
||
|
Chris Wynn. An Introduction to
BRDF-Based Lighting. NVIDIA
Corporation
|
|
Scattering and |
Internal |
Absorpti |
Emission |
Reflection |
|
|
on |
|
|
|
|
|
|
Transmitted |
|
|
Light |
|
Основное
уравнение
освещенности
Световая энергия, которая излучается в точке x' в направлении другой точки x'‘ - это сумма отраженной энергии и энергии излучаемой точкой самостоятельно.
Должны быть учтены все лучи, которые пришли в эту точку от всех точек х интеграл.
L(x' x'') E(x' x'') fr (x, x', x'')L(x
x
x')V (x, x')G(x, x')dx
Вэтом уравнении функция L стоит как в правой, так и в
левой части уравнения, причем в правой части под интегралом.
Уравнения такого вида называются уравнениями Фредхольма второго рода и не имеют аналитического решения (решаются численно).