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Ray tracing algoritmo |
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Breve introduzione Per generare un modello tridimensionale dell'ambiente computer grafica immagine visibile, ray tracing è una proiezione di linee di luce o di scansione che il metodo di rendering più realistico. Questo metodo di monitoraggio invertendo obiettivo della fotocamera interseca con l'illusione di cammino ottico di lavoro, la luce attraverso il gran numero di scene simili, la scena dall'angolo visivo della telecamera, e software specifico luce visibile, può essere costruito. Quando la luce riflessa e oggetti della scena o il supporto quando si calcola l'intersezione di luce, rifrazione e assorbimento.Scene raytracing sono spesso descritti dal programmatore utilizzando strumenti matematici, è possibile utilizzare gli strumenti descritti artista visivo nel mezzo, è possibile utilizzare diverse tecniche per acquisire da fotocamere digitali e altri metodi di immagine o di modello di dati. Poiché la maggior parte della luce emessa dalla sorgente di luce di una gran parte dell'osservatore non vede luce, la maggior parte di questi raggi attraverso riflessioni multiple scompaiono o per l'infinitamente piccolo, quindi per la costruzione di informazioni visive, il contrario luce della pista che realisticamente simulare l'interazione di efficienza luminosa è molte volte superiore. Programma di simulazione Computer dall'inizio della luce emessa dalla sorgente luminosa e il punto di osservazione interseca i raggi di query ottenuto con l'esecuzione con l'immagine corretta è realistico. Uno svantaggio significativo di questo approccio è la necessità di interrompere l'assunzione luce punto di osservazione, e invertire traccia. Dopo un certo numero di massima intensità luminosa riflessione all'incrocio della finale stimato utilizzando vari algoritmi, questi algoritmi possono includere algoritmi di rendering classici, tali tecniche possono includere anche coloranti quali radiazioni. Descrizione dettagliata dell'algoritmo I fenomeni naturali In natura, la luce emessa dalla sorgente di luce si propaga in avanti, e infine a una superficie che continua ad impedire la diffusione, possiamo "luce" come il flusso di fotoni Allo stesso percorso di trasmissione, il vuoto completo, questo raggio sarà una linea retta. Tuttavia, in realtà, il percorso ottico è influenzata da tre fattori: l'assorbimento, riflessione e rifrazione. La superficie può riflettere in una o più direzioni di tutta o parte della luce, può anche assorbire una parte della luce, l'intensità della luce riflessa o rifratta così indebolito. Se la superficie è trasparente o traslucido, allora sarà parte della luce rifratta in direzioni diverse secondo l'interno dell'oggetto, assorbendo tutto o parte dello spettro della luce o cambiare colore. Assorbimento, riflessione e rifrazione dei raggi di luce incidente, ma non superano l'intensità della luce incidente. Per esempio, una superficie oggetto non può entrare nel riflesso della luce del 66%, il 50% della luce di ingresso viene rifratta, come la somma di entrambe raggiungerà 116%. Pertanto, la luce riflessa o rifratta può raggiungere l'altra superficie, lo stesso assorbimento, riflessione, rifrazione della luce ri-calcolato sulla base della luce incidente. Parte della strada attraverso la propagazione della luce ai nostri occhi, possiamo vedere le immagini di rendering finali e scene. Algoritmo Ray-fusione Arthur Appel nel 1968, l'algoritmo di ray-casting per il rendering proposto prima. Fondamento della luce proiettata viene proiettata dall'occhio a ciascun punto di luce sull'oggetto, trovare l'oggetto più vicino per bloccare la luce, cioè l'immagine come schermo, ogni punto sullo schermo è un quadrato. Di solito questo è l'occhio di vedere gli oggetti che puntano. Secondo le proprietà del materiale e l'effetto della luce nella scena, l'algoritmo può determinare l'effetto di luce e ombra dell'oggetto. Una semplice ipotesi è che se la superficie rivolta verso la luce, la superficie sarà acceso e non in ombra. Surface effetto ombra è calcolato sulla base dei tradizionali modelli di ombreggiatura computer grafica tridimensionale. Un importante vantaggio della luce sporgente oltre il rendering linea di scansione è che può gestire facilmente superficie non planare e fisica, come coni e sfere. Se una superficie matematica interseca con la luce, può essere eseguito utilizzando ray casting. Oggetti complessi possono essere costruiti utilizzando tecniche di modellazione solida, e possono essere facilmente resi. Scienziati di New York Elmsford, New YorkMathematical Applications Group, Inc. (MAGI) per la prima volta, la tecnologia di proiezione della luce utilizzata per generare computer grafica. Nel 1966, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti per il calcolo di contaminazione radioattiva ha fondato questa società. MAGI viene calcolato non solo come i raggi gamma riflessa dalla superficie (casting radiazione raggio sin dal 1940 avevano cominciato calcolato), calcolati anche il modo in cui penetrano e rifrazione. Questi studi aiutano il governo a identificare alcune applicazioni militari specifiche, costruita per proteggere i militari per evitare di veicoli militari radiazioni, rientro veicoli di esplorazione dello spazio di design. Sotto la guida del dottor Philip Mittelman, gli scienziati hanno sviluppato un modo per utilizzare lo stesso software di base per generare immagini. 1972, MAGI trasformata in uno studio di animazione commerciale, lo studio utilizzando la tecnologia di fusione ray per la televisione commerciale, filmati didattici e, infine, un computer animation tridimensionale per la produzione di film, tutti usano la luce della proiezione prodotta la maggior parte dei film d'animazione Tron . MAGI fallimento nel 1985. Ray tracing algoritmo Il prossimo importante passo avanti la ricerca è stata fatta da Turner Whitted nel 1979. Algoritmo precedente proiettando la luce dall'occhio alla scena, ma non tiene questi raggi. Quando la luce colpisce la superficie di un oggetto, può produrre tre nuovi tipi di raggi: riflessione, rifrazione e ombra. Superfici lisce riflettono la luce nella direzione di specchio di riflessione, e poi la luce e oggetti della scena intersecano, la più vicina intersezione l'oggetto è visto nella riflessione di oggetti. Alla luce trasmessa materiale trasparente in modo simile a diffondersi, ma il materiale entra o esce una rifrazione si verifica quando. Per evitare inseguimento tutta la luce nella scena, le persone utilizzano per verificare se l'ombra di raggi di luce può essere irradiata sulla superficie. Irradiando luce sulla superficie ad un certo punto, se i punti di luce, allora l'inseguimento di questa intersezione con la luce tra la sorgente di luce. Se tra la superficie e la sorgente luminosa è un oggetto opaco, la superficie è solo le ombre, la luce non illuminato. Questo nuovo livello di calcolo rende immagine di ricalco raggio di luce più reale. Vantaggio di ray tracing Ray tracing popolarità deriva dalla sua maggiore rispetto ad altri metodi di rendering, quali linee di scansione in grado di simulare la luce o proiezione di luce rappresentazione realistica, così alcuni degli altri algoritmi è molto difficile da ottenere l'effetto come i riflessi e le ombre, ma è algoritmo di ray tracing un risultato naturale. Ray tracing è facile da implementare e l'effetto visivo è molto buono, quindi è di solito le prime aree di programmazione grafica tentativo. Lo svantaggio di ray tracing Uno dei maggiori inconvenienti è che le prestazioni del ray-tracing, scan-line algoritmo e altri algoritmi al fine di sfruttare la coerenza dei dati di calcolo condivisi tra i pixel, ma di solito il ray tracing ogni raggio di luce come indipendente, ogni volta che ri- calcoli. Tuttavia, questo approccio ha anche alcuni altri vantaggi indipendenti, come più luce possono essere utilizzati con anti-aliasing, e quando necessario, può migliorare la qualità dell'immagine. Anche se è gestito correttamente fenomeni di riflessione e rifrazione reciproco, quali effetti ottici, ma il tracciato tradizionale raggio non è necessariamente vero effetto dell'immagine, solo molto simili o l'equazione di rendering, a regime, al fine di ottenere una vera vero effetto dell'immagine. Poiché l'equazione di rendering descrive gli effetti fisici di ogni fascio, così l'equazione di rendering può essere veramente realizzato il vero effetto, ma, considerando le risorse di calcolo necessarie, che non è generalmente possibile. Quindi, tutto il modello di rendering può essere raggiunto deve essere reso equazione approssimazione, e ray tracing non è necessariamente il metodo più fattibile. Alcuni metodi includono photon mapping tra cui, si basano su algoritmi ray tracing implementato come parte di, ma si possono ottenere risultati migliori. Luce attraversa in direzione opposta della scena Una sorgente di luce emette luce dall'occhio per raggiungere il processo di rendering dell'immagine viene a volte indicato come la traccia alla luce, perché è efficace nella direzione opposta alla direzione di propagazione della luce. Tuttavia, il termine è ancora un luogo di confusione. Ray tracing è spesso un rapido avvio dagli occhi, James Arvo e altri primi ricercatori hanno detto che dopo aver usato il ray tracing risultati della luce emessa dalla sorgente di luce viene poi raccolto. A causa di questo, essi saranno divisi negli occhi o sulla sorgente luminosa basata sulla ray tracing sarà più chiaro. Negli ultimi decenni, i ricercatori hanno sviluppato una serie di combinazioni di metodi di calcolo e meccanismi di queste due direzioni per generare resa croce o deviare dalla superficie più o meno luce. Ad esempio, le sorgenti di radiazione normalmente basate algoritmo di colorazione per il calcolo del materiale di superficie ed i risultati sono memorizzati, e un ray tracing ricorsivo standard può essere utilizzato per generare i dati della scena reale, l'immagine fisica appropriata. In algoritmi di illuminazione globale come la mappatura di fotoni, e trasporto leggero Metropolis, il ray tracing utilizzato alla luce solo un semplice trasferimento tra la superficie dello strumento per il calcolo. Algoritmo di ray tracing ricorsivo Classic Per ogni pixel nell'immagine { Dal punto di vista della luce creato dalla inizializzazione del pixel T vicina è infinito, l'oggetto è nullo di recente teatro di ogni oggetto { Se la luce si interseca con un oggetto { Se t è minore l'intersezione del più vicino {T Impostare un recente focus di t T ha recentemente impostare il valore per l'oggetto oggetto } } } Se l'oggetto è null recente { |
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