Каустик (оптика)

В оптике каустической или каустической сетью ^[1] называют оболочку световых лучей , отраженных или преломленных искривленной поверхностью или объектом, или проекцию этой оболочки лучей на другую поверхность. ^[2] Каустика представляет собой кривую или поверхность , к которой касается каждый световой луч , определяя границу огибающей лучей как кривую концентрированного света. ^[2] Поэтому на фото справа каустики видны как блики или их яркие края. Эти формы часто имеют точки возврата.

Концентрация света, особенно солнечного , может привести к ожогам. Слово каустик , по сути, происходит от греческого καυστός, сожженный, через латинское causticus , горящий.

Обычная ситуация, когда видны каустики, - это когда свет падает на стакан для питья. Стекло отбрасывает тень, но также дает искривленную область яркого света. В идеальных условиях (включая идеально параллельные лучи, как если бы они исходили от точечного источника, находящегося в бесконечности) может образоваться пятно света нефроидной формы . ^[3]^[4] Колеблющиеся каустики обычно образуются, когда свет проходит сквозь волны на водоеме.

Еще один знакомый каустик — радуга . ^[5]^[6] Рассеяние света каплями дождя приводит к тому, что свет с разной длиной волны преломляется в дуги разного радиуса, образуя дугу.

В компьютерной графике большинство современных систем рендеринга поддерживают каустику. Некоторые из них даже поддерживают объемную каустику. Это достигается путем трассировки возможных путей светового луча с учетом преломления и отражения. Картирование фотонов является одной из реализаций этого. Объемная каустика также может быть получена путем объемной трассировки пути .. Некоторые компьютерные графические системы работают по принципу «прямой трассировки лучей», при котором фотоны моделируются как исходящие от источника света и отражающиеся от окружающей среды в соответствии с правилами. Каустики формируются в областях, где на поверхность падает достаточное количество фотонов, что делает ее ярче, чем средняя область сцены. «Обратная трассировка лучей» работает обратным образом, начиная с поверхности и определяя, есть ли прямой путь к источнику света. ^[7] Некоторые примеры 3D-каустик с трассировкой лучей можно найти здесь .

В центре внимания большинства систем компьютерной графики находится эстетика, а не физическая точность . Это особенно верно, когда речь идет о графике в реальном времени в компьютерных играх ^[8] , где вместо физически корректных расчетов в основном используются общие предварительно рассчитанные текстуры .