Глобальное освещение

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален.
Найти источники: «Глобальное освещение» - новости · газеты · книги · ученый · JSTOR ( май 2013 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Трехмерная (3D) компьютерная графика

Основы
Моделирование Сканирование Рендеринг Печать
Основное использование
3D модели Системы автоматизированного проектирования Графический дизайн Видеоигры Визуальный эффект Визуализация Виртуальная инженерия Виртуальная реальность Виртуальная кинематография
похожие темы
Компьютерные изображения (CGI) Анимация компьютер скелетный 3D дисплей Каркасная модель Отображение текстуры Захвата движения Симуляция толпы Глобальное освещение Объемный рендеринг
v т е

Рендеринг с глобальным освещением. Свет отражается от поверхностей, а цветной свет переносится с одной поверхности на другую. Обратите внимание, как цвет от красной стены и зеленой стены (не виден) отражается на других поверхностях сцены. Также примечательна каустика, проецируемая на красную стену от света, проходящего через стеклянную сферу.

Глобальное освещение ^[1] ( GI ), или непрямое освещение , представляет собой группу алгоритмов, используемых в компьютерной 3D-графике , которые предназначены для добавления более реалистичного освещения в 3D-сцены. Такие алгоритмы учитывают не только свет, который исходит непосредственно от источника света ( прямое освещение ), но также и последующие случаи, когда световые лучи от того же источника отражаются от других поверхностей в сцене, отражающих или нет ( непрямое освещение ). .

Теоретически отражения , преломления и тени являются примерами глобального освещения, потому что при их имитации один объект влияет на рендеринг другого (в отличие от объекта, на который влияет только прямой источник света). На практике, однако, только моделирование диффузного взаимного отражения или каустики называется глобальным освещением.

Алгоритмы [ править ]

Изображения, визуализированные с использованием алгоритмов глобального освещения, часто кажутся более фотореалистичными, чем изображения, использующие только алгоритмы прямого освещения. Однако такие изображения являются более дорогими в вычислительном отношении и, следовательно, намного медленнее генерируются. Один из распространенных подходов - вычислить глобальное освещение сцены и сохранить эту информацию вместе с геометрией (например, яркостью). Сохраненные данные затем можно использовать для генерации изображений с разных точек обзора для генерации пошаговых обзоров сцены без необходимости многократно выполнять дорогостоящие вычисления освещения.

Radiosity , трассировка лучей , луч трассировки , отслеживание конуса , отслеживание пути , отслеживание объемного пути , Метрополис легкий транспортный , окружающего окклюзия , отображение фотонов , подписано поле расстояния и освещения изображения на основе являются все примеры алгоритмов , используемых в глобальной освещенности, некоторые из которых могут быть используются вместе для получения не быстрых, но точных результатов.

Эти алгоритмы моделируют диффузное взаимное отражение, которое является очень важной частью глобального освещения; однако большинство из них (за исключением излучения) также моделируют зеркальное отражение , что делает их более точными алгоритмами для решения уравнения освещения и обеспечивает более реалистичное освещение сцены. Алгоритмы, используемые для расчета распределения световой энергии между поверхностями сцены, тесно связаны с моделированием теплопередачи, выполняемым с использованием методов конечных элементов в инженерном проектировании.

Фотореализм [ править ]

Внешний вид архитектурного макета

Пример слоя ambient occlusion

Достижение точного расчета глобального освещения в реальном времени остается трудным. ^[2] В 3D-графике в реальном времени компонент диффузного взаимного отражения глобального освещения иногда аппроксимируется термином «окружающий» в уравнении освещения, который также называется «окружающее освещение» или «окружающий цвет» в программных пакетах 3D. . Хотя этот метод аппроксимации (также известный как «обман», потому что на самом деле это не метод глобального освещения) легко выполнить с помощью вычислений, когда он используется сам по себе, он не обеспечивает адекватно реалистичного эффекта. Окружающее освещение, как известно, «сглаживает» тени в 3D-сценах, делая общий визуальный эффект более мягким. Однако при правильном использовании окружающее освещение может быть эффективным способом восполнить недостаток вычислительной мощности.

Процедура [ править ]

В программах 3D используется все больше и больше специализированных алгоритмов, которые могут эффективно моделировать глобальное освещение. Эти алгоритмы представляют собой численные приближения к уравнению рендеринга . Хорошо известные алгоритмы вычисления глобального освещения включают отслеживание пути , отображение фотонов и излучение . Здесь можно выделить следующие подходы:

Инверсия: ${\ Displaystyle L = (1-T) ^ {- 1} L ^ {e} \,}$
- не применяется на практике
Расширение: ${\ Displaystyle L = \ сумма _ {я = 0} ^ {\ infty} T ^ {я} L ^ {e}}$
- двунаправленный подход: фотонное картирование + распределенная трассировка лучей, двунаправленная трассировка пути, транспорт света Метрополис
Итерация: ${\ Displaystyle L_ {п} tl_ {е} + = L ^ {(п-1)}}$
- Лучистость

В глобальном освещении Light path notation пути типа L (D | S) соответствуют * E.

Полное лечение можно найти в ^[3]

Освещение на основе изображений [ править ]

Другой способ имитации реального глобального освещения - использование изображений с высоким динамическим диапазоном (HDRI), также известных как карты окружающей среды, которые окружают и освещают сцену. Этот процесс известен как освещение на основе изображения .

Список методов [ править ]

Метод	Описание / Примечания
трассировка лучей	Существует несколько расширенных вариантов решения проблем, связанных с дискретизацией, наложением спектров и мягкими тенями: распределенная трассировка лучей , трассировка конуса и трассировка лучей .
Трассировка пути	Беспристрастный, вариант: двунаправленное отслеживание пути и отслеживание пути перераспределения энергии ^[4]
Фотонное отображение	Последовательный, необъективный; расширенные варианты: прогрессивное отображение фотонов, стохастическое прогрессивное отображение фотонов ( ^[5] )
Lightcuts	Усовершенствованные варианты: многомерные светорезы и двунаправленные светорезы ^[6]
Точечное глобальное освещение	Широко используется в анимации фильмов ^[7]^[8]
Лучистость	Метод конечных элементов, очень хорошо подходит для предварительных вычислений. Усовершенствованные версии - мгновенное излучение ^[9] и двунаправленное мгновенное излучение ^[10]
Легковой транспорт Метрополис	Основывается на двунаправленной трассировке пути, беспристрастной и мультиплексированной ^[11]
Сферическое гармоническое освещение	Кодирует результаты глобального освещения для рендеринга статических сцен в реальном времени
Окклюзия окружающей среды	Физически не корректный метод, но в целом дает хорошие результаты. Подходит для предварительных вычислений.
Глобальное освещение на основе вокселей	Существует несколько вариантов, включая глобальное освещение с отслеживанием конуса вокселей, ^[12] глобальное освещение с разреженным октодеревом вокселей и глобальное освещение вокселей (VXGI) ^[13]
Объемы распространения света глобальное освещение ^[14]	Объемы распространения света - это метод приблизительного достижения глобального освещения (GI) в реальном времени. Он использует решетки и сферические гармоники (SH) для представления пространственного и углового распределения света в сцене. Варианты объемов каскадного распространения света. ^[15]
Глобальное освещение с отложенной передачей сияния ^[16]
Глобальное освещение на основе глубокого G-буфера ^[17]

См. Также [ править ]

Категория: Программное обеспечение глобального освещения
Смещение оценщика
Функция распределения двунаправленного рассеяния
Последовательный оценщик
Беспристрастный рендеринг

Ссылки [ править ]

^ "Коллекция методов глобального освещения в реальном времени | extremeistan" . extremeistan.wordpress.com . Проверено 14 мая 2016 .
^ Kurachi, Норико (2011). Магия компьютерной графики . CRC Press. п. 339. ISBN 9781439873571. Проверено 24 сентября 2017 года .
^ Филип Дютре; Филипп Бекаерт; Кавита Бала (30 августа 2006 г.). Расширенное глобальное освещение, второе издание . ISBN 978-1568813073.
^ "CiteSeerX - Аннотация". CiteSeerX 10.1.1.63.5938 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
^ "Тошия Хатисука в UTokyo" . ci.iu-tokyo.ac.jp . Проверено 14 мая 2016 .
^ Уолтер, Брюс; Фернандес, Себастьян; Арбри, Адам; Бала, Кавита; Доникян, Майкл; Гринберг, Дональд П. (1 июля 2005 г.). «Лайткуты». Транзакции ACM на графике . 24 (3): 1098–1107. DOI : 10.1145 / 1073204.1073318 .
^ "Coursenote.dvi" (PDF) . Graphics.pixar.com . Проверено 2 декабря 2016 .
^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 22 декабря 2014 года . Проверено 17 апреля 2013 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
^ «Мгновенное излучение: Келлер (SIGGRAPH 1997)» (PDF) . Cs.cornell.edu . Проверено 2 декабря 2016 .
^ «Двунаправленное мгновенное излучение» (PDF) . Artis.imag.fr . Проверено 2 декабря 2016 .
^ "Мультиплексный городской транспортный узел" (PDF) . Ci.iu-tokyo.ac.jp . Проверено 2 декабря 2016 .
^ Кирилл Крассин. «Трассировка воксельного конуса и разреженное октодерево вокселей для глобального освещения в реальном времени» (PDF) . On-demand.gputechconf.com . Проверено 2 декабря 2016 .
^ "VXGI | GeForce" . geforce.com . Проверено 14 мая 2016 .
^ "Light Propagation Volumes GI - Epic Wiki" . wiki.unrealengine.com . Проверено 14 мая 2016 .
^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 18 января 2016 года . Проверено 23 января 2016 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
^ «Отложенные объемы передачи излучения: глобальное освещение в Far Cry 3» (PDF) . Twvideo01.ubm-us.net . Проверено 2 декабря 2016 .
^ "Быстрые приближения глобального освещения на глубоких G-буферах" . graphics.cs.williams.edu. Архивировано из оригинала на 2016-02-21 . Проверено 14 мая 2016 .

Внешние ссылки [ править ]

Видео, демонстрирующее глобальное освещение и эффект окружающего цвета
Демонстрации GI в реальном времени - обзор практических методов GI в виде списка исполняемых демонстраций
kuleuven - Эта страница содержит сборник «Глобальное освещение», цель которого собрать воедино большинство полезных формул и уравнений для алгоритмов глобального освещения в компьютерной графике.
Теория и практическая реализация глобального освещения с использованием трассировки пути Монте-Карло.

[wordpress-1] "Коллекция методов глобального освещения в реальном времени | extremeistan" . extremeistan.wordpress.com . Проверено 14 мая 2016 .

[tmocg-2] Kurachi, Норико (2011). Магия компьютерной графики . CRC Press. п. 339. ISBN 9781439873571. Проверено 24 сентября 2017 года .

[WikiMarkup-3] Филип Дютре; Филипп Бекаерт; Кавита Бала (30 августа 2006 г.). Расширенное глобальное освещение, второе издание . ISBN 978-1568813073.

[psu-4] "CiteSeerX - Аннотация". CiteSeerX 10.1.1.63.5938 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

[u-tokyo-5] "Тошия Хатисука в UTokyo" . ci.iu-tokyo.ac.jp . Проверено 14 мая 2016 .

[Walter2005-6] Уолтер, Брюс; Фернандес, Себастьян; Арбри, Адам; Бала, Кавита; Доникян, Майкл; Гринберг, Дональд П. (1 июля 2005 г.). «Лайткуты». Транзакции ACM на графике . 24 (3): 1098–1107. DOI : 10.1145 / 1073204.1073318 .

[7] "Coursenote.dvi" (PDF) . Graphics.pixar.com . Проверено 2 декабря 2016 .

[8] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 22 декабря 2014 года . Проверено 17 апреля 2013 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )

[9] «Мгновенное излучение: Келлер (SIGGRAPH 1997)» (PDF) . Cs.cornell.edu . Проверено 2 декабря 2016 .

[10] «Двунаправленное мгновенное излучение» (PDF) . Artis.imag.fr . Проверено 2 декабря 2016 .

[11] "Мультиплексный городской транспортный узел" (PDF) . Ci.iu-tokyo.ac.jp . Проверено 2 декабря 2016 .

[12] Кирилл Крассин. «Трассировка воксельного конуса и разреженное октодерево вокселей для глобального освещения в реальном времени» (PDF) . On-demand.gputechconf.com . Проверено 2 декабря 2016 .

[geforce-13] "VXGI | GeForce" . geforce.com . Проверено 14 мая 2016 .

[unrealengine-14] "Light Propagation Volumes GI - Epic Wiki" . wiki.unrealengine.com . Проверено 14 мая 2016 .

[15] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 18 января 2016 года . Проверено 23 января 2016 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )

[16] «Отложенные объемы передачи излучения: глобальное освещение в Far Cry 3» (PDF) . Twvideo01.ubm-us.net . Проверено 2 декабря 2016 .

[williams-17] "Быстрые приближения глобального освещения на глубоких G-буферах" . graphics.cs.williams.edu. Архивировано из оригинала на 2016-02-21 . Проверено 14 мая 2016 .

[1]