Трассировка луча
Трассировка луча — это алгоритм моделирования распространения волн . Он был разработан в контексте компьютерной графики для рендеринга 3D- сцен. но он также использовался в других подобных областях, таких как акустика и моделирование электромагнетизма .
Трассировка лучей — это производная от трассировки лучей алгоритма , который заменяет лучи, не имеющие толщины, лучами. Балки имеют форму неограниченных пирамид с (возможно, сложным ) многоугольным поперечным сечением. Трассировка луча была впервые предложена Полом Хекбертом и Пэтом Ханраханом . [1]
При трассировке луча пирамидальный луч первоначально пропускается через всю усеченную область обзора . Этот первоначальный луч просмотра пересекается с каждым полигоном в окружающей среде, обычно от ближайшего к самому дальнему. Каждый многоугольник, пересекающийся с балкой, должен быть видимым, он удаляется из формы балки и добавляется в очередь рендеринга. Когда луч пересекается с отражающим или преломляющим многоугольником, новый луч создается аналогично трассировке лучей.
Вариант трассировки луча пропускает пирамидальный луч через каждый пиксель изображения плоскости . Затем он разделяется на подлучи в зависимости от его пересечения с геометрией сцены. Лучи отражения и прохождения ( преломления ) также заменяются лучами. Реализация такого типа используется редко, поскольку задействованные геометрические процессы намного сложнее и, следовательно, дороги, чем простое прохождение большего количества лучей через пиксель. Трассировка конуса — это аналогичный метод, в котором вместо сложной пирамиды используется конус.
Трассировка лучей решает определенные проблемы, связанные с выборкой и наложением спектров , которые могут создавать проблемы при использовании традиционных подходов трассировки лучей. [2] Поскольку трассировка луча эффективно вычисляет путь каждого возможного луча внутри каждого луча. [3] (который можно рассматривать как плотный пучок соседних лучей), он не так склонен к недостаточной выборке (отсутствующие лучи) или чрезмерной выборке (растраченная трата вычислительных ресурсов). Вычислительная сложность, связанная с балками, сделала их непопулярными для многих приложений визуализации. В последние годы Монте-Карло алгоритмы , такие как распределенная трассировка лучей и световой транспорт Metropolis, стали более популярными для вычислений рендеринга.
«Обратный» вариант трассировки луча направляет лучи от источника света в окружающую среду. Подобно фотонному картированию , обратная трассировка луча может использоваться для эффективного моделирования световых эффектов, таких как каустика . [4] Недавно метод обратного отслеживания луча был также расширен для учета взаимодействия глянцевых и рассеянных материалов (глянцевое обратное отслеживание луча), например, от полированных металлических поверхностей. [5]
Трассировка луча успешно применяется в области акустического моделирования. [6] и моделирование распространения электромагнитного излучения. [7] В обоих этих приложениях лучи используются как эффективный способ отслеживания глубоких отражений от источника к приемнику (или наоборот). Лучи могут обеспечить удобный и компактный способ представления видимости. После расчета дерева лучей его можно использовать для легкого учета движущихся передатчиков или приемников.
Трассировка луча по своей сути связана с отслеживанием конуса .
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ PS Хекберт и П. Ханрахан, « Луч трассирует полигональные объекты », Компьютерная графика 18 (3), 119-127 (1984).
- ^ А. Ленерт, « Систематические ошибки алгоритма трассировки лучей », Applied Acoustics 38, 207-221 (1993).
- ^ Форчун, Стивен (13 июня 1999 г.). «Топологическая трассировка луча». Симпозиум по вычислительной геометрии 1999 : 59–68. дои : 10.1145/304893.304911 .
- ^ М. Ватт, « Взаимодействие света и воды с использованием обратной трассировки луча », в «Материалах 17-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным методам (SIGGRAPH'90)», 377-385 (1990).
- ^ Б. Дювенхаге, К. Буатуш и Д. Г. Кури, « Исследование использования глянцевых световых объемов для интерактивного глобального освещения », в «Материалах 7-й Международной конференции по компьютерной графике, виртуальной реальности, визуализации и взаимодействию в Африке», 2010 г. .
- ^ Т. Фанкхаузер, И. Карлбом, Г. Элко, Г. Пингали, М. Сондхи и Дж. Уэст, « Подход с трассировкой луча к акустическому моделированию для интерактивных виртуальных сред », в материалах 25-й ежегодной конференции по компьютерной графике. и интерактивные методы (SIGGRAPH'98) , 21-32 (1998).
- ^ Стивен Форчун, « Алгоритм отслеживания луча для прогнозирования распространения радиосигнала в помещении », в WACG 1996: 157-166