Пирамидальное фильтрование (Mip-mapping).

Если посмотреть на текстурированную поверхность, находящуюся на большом расстоянии, то вместо рисунка текстуры мы увидим фактически случайный набор точек. Это связано с тем, что здесь одному пикселю экрана соответствует сразу несколько пикселей текстуры.Пусть исходное изображение имеет размер 2ⁿ на 2ⁿ. Построим по нему последовательность изображений, являющихся копиями данного и имеющими размеры 2^n-1, 2^n-2 и т. д. Размер последнего изображения будет 1 на 1 пиксель. В результате получим пирамиду (mip-map), состоящую из (n+1) уровня, где на нижнем (0-м) уровне находится исходное изображение. Вся пирамида занимает объем памяти, необходимый для размещения 2²ⁿ-1 пикселей.

Изображение k-го уровня строится из изображения (к-1)-ого уровня следующим образом: цвет пикселя определяется билинейной интерполяцией цветов соответствующих 4-ех пикселей изображения предшествующего уровня.

Вопрос 43

Построение реалистических изображений – глобальные модели освещения: трассировка лучей и метод излучательности

Трассировка лучей

Метод трассировки лучей используется не только для удаления невидимых частей, но, в основном, для получения фотореалистичных изображений с учетом отражений и преломлений света.

Прямой трассировкой лучей называется процесс расчета освещения сцены с испусканием от всех источников лучей во всех направлениях. При попадании на какой-либо объект сцены луч света может, преломившись, уйти внутрь тела или отразившись далее продолжить прямолинейное распространение до попадания на следующий объект и так далее. Следовательно, каждая точка сцены может освещаться либо напрямую источником, либо отраженным светом. Часть лучей, в конце концов, попадет в глаз наблюдателя и сформирует в нем изображение сцены.

Понятно, что вычисления, необходимые для трассировки всех лучей для всех источников и поверхностей слишком объемисты. Причем существенный вклад в полученное изображение внесет лишь небольшая часть оттрассированных лучей.

Для избавления от излишних вычислений используется обратная трассировка, в которой вычисляются интенсивности только лучей, попавших в глаз наблюдателя. В простейшей реализации обратной трассировки отслеживаются лучи, проходящие из глаза наблюдателя через каждый пиксель экрана в сцену. На каждой поверхности сцены, на которую попадает луч, в общем случае формируются отраженный и преломленный лучи. Каждый из таких лучей отслеживается, чтобы определить пересекаемые поверхности. В результате для каждого пикселя строится дерево пересечений. Ветви такого дерева представляют распространение луча в сцене, а узлы - пересечения с поверхностями в сцене. Окончательная закраска определяется прохождением по дереву и вычислением вклада каждой пересеченной поверхности в соответствии с используемыми моделями отражения. При этом различают и обычно по-разному рассчитывают первичную освещенность, непосредственно получаемую от источников света, и вторичную освещенность, получаемую от других объектов.

Излучательность

Сцену можно представить как набор поверхностей, обменивающихся лучистой энергией. Большинство реальных поверхностей является диффузными отражателями, когда падающий луч отражается или рассеивается во всех направлениях полусферы, находящейся над отражающей поверхностью. Особый здесь случай - отражение Ламберта (идеальная диффузия). Метод излучательности описывает баланс энергетического равновесия в замкнутой системе. Предполагается что поверхности идеально диффузны, т.е. после отражения падающий луч пропадает. Излучательность отдельной поверхности включает самоизлучение и отраженный или пропущенный свет.