Аннотация: в статье анализируется вопросы связанны с получнием ралистичного изображения высокого качества. Рассматриваются изображения трехмерных объктов.
Ключевые слова: изображение, качество, графика, освещение, поверхность, объект.
Немаловажным в трехмерной графике является освещение. Получать реалистичные изображения высокого качества нам позволяет технология трассировки лучей. Известно, что свет, падающий на поверхность объектов, может быть отражен, поглощен или пропущен. Отражение света зависит как от поверхности объекта, так и от направлений, строений и форм источников света. Отраженный свет может быть зеркальным (направленное отражение светового луча от объекта под определенным углом) или диффузным (свет рассеивается равномерно под разными углами). На основе различных математических моделей источников света строятся изображения трехмерных объектов. Рассмотрим некоторые из них:
1. Local Illumination (локальная модель освещенности). При использовании этой модели можно выбрать только точечные источники света, которые не позволяют рассчитать процессы светового взаимодействия объектов сцены между собой. Формирование изображения происходит в результате отражения лучей падающих на поверхность.
2. Global Illuminations (глобальная модель освещенности). При использовании глобальной модели мы можем наблюдать, что в этом случае сцена в трехмерной графике используется как единая система и учитываются процессы светового взаимодействия объектов. Так же эта модель позволяет использовать функции преломления света, многократного отражения, рассеянного освещения и др.
3. Ambient-освещение (фоновое). Освещение от источников света, удаленных от сцены, чьи характеристики и положения нам неизвестны. Иногда ambient-освещение играет значимую роль. Интенсивность освещения этого источника света равномерно распределена в пространстве и остается неизменной.[1]
Особое внимание при создании визуализации объекта нужно уделить генерации тени. Ее мы можем получить, используя два основных вида трассировки: forward ray tracing (прямой) и backward ray tracing (обратный). В 1968 году Артуром Аппелем был предложен классический метод трассировки лучей (ray tracing), но возможность использовать его появилась только спустя 12 лет, когда вычислительные компьютерные системы достигли высокого уровня. Суть метода заключается в том, что происходит отслеживание траектории от момента испускания лучей источником света до момента их попадания в камеру, и рассчитывается их взаимодействие с лежащими на траекториях объектами. Лучи могут быть отражены (диффузно или зеркально), преломлены или поглощены. Ray tracing – способ расчета глобального освещения, который рассматривает функции затенения, преломления, освещения и многократного отражения. Прямая трассировка предполагает проецирование лучей (их можно назвать первичными) от всех источников света ко всем точкам объектов, а точки, которые лежат на противоположной стороне от источников не включаются в расчет. Для остальных точек объектов применяется локальная модель освещения. Если проектируемый объект не является прозрачным или светоотражающим, то луч, исходящий из источника, обрывается. В ином случае (если объект обладает свойством преломления или отражения) из точки проецируются новые лучи и их траектории, которые абсолютно точно соответствуют всем законам отражения и преломления и также отслеживаются. Все расчеты и построения новых траекторий ведутся до того момента, когда все лучи либо выйдут за пределы видимой области, либо попадут в камеру. Метод прямой трассировки лучей считается неэффективным и почти не применяется на практике именно потому, что приходится выполнять «бесполезный» расчет для лучей, которые не попадут в камеру, а доля «слепых» лучей довольно велика. Основной метод расчета освещенности производится по алгоритму обратной трассировки. Этот метод учитывает взаимное влияние освещенности объектов друг на друга, но при этом нельзя произвести расчет вторичного освещения от диффузно отраженного света. Так же к недостаткам можно отнести высокую вычислительную стоимость расчетов, низкую скорость, резкие цветовые переходы и т.д. [2]
Литература
1. Мухачева Э. А., Мухачева А. С., Чиглинцев А. В. Генетический алгоритм
блочной структуры в задачах двумерной упаковки. // Информационные
технологии.
2. Валеева А. Ф. Конструктивные методы решения задач ортогональной упаковки и раскроя. – Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук.
Автор публикации
