57.Методы трассировки лучей. Алгоритмы прямого хода луча.

Методы прямого хода лучей

Методы этой группы можно разделить на три группы:

1) алгоритмы Back-To Font (BTF)

2) алгоритмы Font-To back (FTB)

3) алгоритмы сплаттинга (Splatting).

Алгоритмы, относящиеся к группе BTF, похожи на алгоритмы использующие Z-буфер. Отличаются только тем, что перед выполнением самой процедуры рендеринга осуществляется сортировка объектов сцены в порядке уменьшения расстояния до наблюдателя. После выполнения этой сортировки необходимость в Z-буфере отпадает.

Алгоритмы, относящиеся к группе FTB, аналогичны методам группы BTF с той лишь разницей, что предварительная сортировка осуществляется в порядке удаления от наблюдателя.

Алгоритмы сплаттинга (splatting) ориентированы на построение наиболее реалистичных изображений. Это происходит за счет того, что при отображении каждого трассируемого луча в воксель (voxel – от англ. volume element - элемент трехмерного пространства) происходит размытие этого луча по соседним пикселям. Для реализации более реалистичного размытия строятся таблицы размытия следа луча, хра-

нящие отпечатки вокселей. Эти отпечатки при окончательном рендеринге смешиваются с

массивом изображения.

Достоинствами методов прямого хода лучей является:

1) максимально возможная для трассировки лучей реалистичность;

2) возможность просчета сцены, содержащей прозрачные и полупрозрачные материалы.

Недостатки методов прямого хода лучей:

1) плохо работает с диффузными поверхностями;

2) необходимость полного пересчета сцены при изменении положения наблюдателя;

3) значительный объем вычислений может уходить на просчет невидимой части сцены.

Конец 57 вопроса.

58.Методы трассировки лучей. Алгоритмы обратного хода луча.

Алгоритмы этой группы выполняют просчет, только тех лучей,которые в конечном итоге доходят от источника света до наблюдателя. Благодаря этому приему удается значительно сократить объем вычислений. Поэтому алгоритмы этой группы являются базовыми для большинства систем трехмерного моделирования.Общая схема алгоритма обратной трассировки заключается в следующем: просчет луча начинается от точки наблюдения. Лучи проводятся через пиксели экрана до пересечения с ближайшим объектом

(вокселем). Освещенность этой точки складывается как из отраженных или переломленных лучей, так и лучей исходящих непосредственно от источников света. Во втором случае эта точка напрямую соединяется с каждым из источников света, присутствующих в сцене.

В алгоритмах данной группы рассматриваются только те источники, которые видны из рассматриваемой точки. Для вычисления остальных составляющих освещения данной точки строятся вторичные лучи, направляемые на отражающие и преломляющие объекты. При моделировании диффузных поверхностей, в точке пересечения луча с

такой поверхностью порождается пучок лучей, равномерно распределенный по всем направлениям.На основании простейшей модели точечного источника света и

идеальной поверхности можно получить дерево прохождения каждого луча по сцене. Вершины такого дерева будут соответствовать точкам пересечения луча с поверхностями объектов, а дуги – направлению луча в пространстве. Даже в простейшем случае луч может отражаться и преломляться. Таким образом, для реальных сцен один луч может

породить дерево, насчитывающее десятки, сотни, тысячи вершин. Для уменьшения объема вычислений вводят ограничения на глубину дерева. Так как по мере прохождения луча по сцене его энергия рассеивается, то можно ввести значение пороговой интенсивности, по достижении которой трассировка любой ветви дерева прекращается.

Для получения полноцветного изображения, указанную схему просчета лучей необходимо провести для каждого из трех компонент света (R, G, B).

Достоинства методов обратного хода лучей:

Снижение трудоемкости вычислений по сравнению с прямой трассировкой, что позволяет (в отдельных случаях) выполнить рендеринг не только отдельных кадров, но и видео ряда в реальном масштабе времени.

Недостатки методов обратного хода лучей:

1) плохая работа с диффузными поверхностями;

2) зависимость от положения наблюдателя;

3) неполный учет освещенности сцены.

Конец 58 вопроса.