5.6.Тени

Алгоритмы затенения в случае точечных источников света идентичны алгоритмам уда­ления скрытых поверхно­стей! В алгоритме удаления скрытых поверхностей определя­ются поверхности, которые можно увидеть из точки зрения, а в алгоритме затенения вы­деляются поверхности, которые можно «увидеть» из источника света. По­верхности, ви­димые как из точки зрения, так и из источника света, не лежат в тени. Те же поверхности, которые видимы из точки зрения, но невидимы из источника света, находятся в тени. Эти рассуждения можно легко рас­пространить на случай нескольких источников света. От­метим, однако, что, используя такой простой подход, нельзя смоделировать тени от рас­пределенных источников света. При наличии таких источников потребуется вычислять как тени, так и полутени.

Поскольку алгоритмы затенения и удаления скрытых поверхностей одинаковы, представляется возможным об­рабатывать описание объекта, используя лишь один из этих алгоритмов, последовательно применяя его к точке зрения и к каждому из точечных источников света. Совокупность полученных результатов позволяет определить, какие части объекта видимы наблюдателю и какие видны из одного или нескольких источников света. На осно­вании этой информации осуществляется закраска сцены. Если правильно организовать вычислительный процесс, определение теней можно проводить лишь один раз для серии сцен, которые состоят из одних и тех же объектов, рассматри­ваемых с различных точек зрения. Источники света предполагаются неподвижными от­носительно объ­ектов. Все это оказывается возможным потому, что тени не зависят от положения точки зрения.

5.7.Поверхности, пропускающие свет

Поверхности могут обладать не только свойствами зеркального и диффузного отражения, но и свойствами на­правленного и диффузного пропускания. Направленное пропускание света происходит сквозь прозрачные веще­ства (например, стекло или от­шлифованный люциит). Через них обычно хорошо видны предметы, даже несмотря на то, что лучи света, как правило, преломляются, т. е. отклоняются от первоначального на­правления. Диффузное пропускание света происходит сквозь просвечивающие материалы (например, замерзшее стекло), в которых по­верхностные или внутренние не­однородности приводят к беспорядочному перемешиванию световых лучей. По­этому ко­гда предмет рассматривается через просвечивающее вещество, его очертания размыты.

Изложим кратко идею только одного метода (подход Уиттеда) учитывающего пропускающий свет. Данный подход основан на использовании алгоритмов трассировки лучей. Его основная идея заключается в трассировании световых лучей и определении, какие из этих лучей попадают в точку зрения. К сожалению, из каждой точки источника света исходит бесконечное число лучей, причем большинство из них никогда не дости­гает точки зрения. Поэтому трассирование начинается из точки зрения и лучи отслеживаются в обратном направ­лении через каждый пиксел к их источнику. Луч света, падающий на поверхность, в общем случае разделяется на три части: диффузно отраженный свет, зеркально отраженный свет и пропущенный (и, следовательно, пре­лом­ленный) свет. Аналогично луч света, исходящий от поверхности объекта, в общем случае является суммой со­ставляющих от трех источников. Это означает, что каждый раз, когда луч исходит от объекта, возможно появле­ние трех новых лучей, которые должны быть оттрассированы. К сожалению, диффузное отражение приводит к появлению бесконечного числа лучей, поэтому трассируются только лучи, появляю­щиеся в результате зеркаль­ного отражения и преломления. Для моделирования рассеянного и диффузного света используется уравнение:

I_d = I_a  k_a + I_p  k_d  (  )