Особенности алгоритма трассировщика света Light Tracer

Алгоритм расчета глобальной освещенности Light Tracer (Трассировщик света) использует технику обратной трассировки воображаемых световых лучей, отраженных от поверхностей объектов сцены. Принцип действия трассировщика света основывается на адаптивном разбиении плоской проекции трехмерной сцены, соответствующей формируемому изображению, на элементарные участки, для каждого из которых рассчитывается освещенность. Адаптивность состоит в том, что сначала разбиение выполняется на участки равных размеров, затем определяются так называемые проблемные области - кромки предметов, затененные элементы, участки с высоким контрастом, - для которых выполняется дополнительное разбиение с более мелким шагом. Из точек трехмерной сцены, соответствующих центрам каждого участка разбиения, испускаются пучки случайным образом ориентированных воображаемых лучей. Освещенность каждого элементарного участка рассчитывается как сумма освещенности прямыми лучами света от источника и освещенностей других объектов сцены, которых достигли испускаемые из центра участка лучи. Если ни один из лучей не достиг ни источника света, ни других объектов сцены, считается, что участок освещен только светом небосвода. Так как процесс трассировки реализуется как случайный, то на изображении могут возникать неоднородности в виде мелких пятен, которые устраняются за счет увеличения числа рассчитываемых лучей.

Результаты расчетов существенно зависят от ракурса наблюдения сцены, потому что он влияет на расположение расчетных точек и на размеры областей поверхностей объектов, соответствующих элементарным участкам изображения.

Алгоритм Light Tracer (Трассировщик света) может рассчитывать многократные отражения световых лучей, что ведет к улучшению качества изображения, но существенно увеличивает время визуализации. Обычно бывает достаточно реализовать двукратные или трехкратные отражения, однако это количество сильно зависит от особенностей конкретной сцены и должно подбираться опытным путем.

При использовании алгоритма трассировщика света обычно предполагается применять режим логарифмического управления экспозицией, включение которого особенно рекомендуется, если сцена освещается фотометрическими источниками. Это обеспечивает более выраженное проявление на изображении действия слабых переотраженных световых лучей. Подробное описание различных вариантов управления экспозицией при визуализации сцены приведено в главе 17 «Визуализация сцен и имитация эффектов внешней среды».

Особенности алгоритма Light Tracer (Трассировщик света):

прост в использовании, не требует настройки большого числа параметров, позволяя во многих случаях использовать исходные значения;
позволяет рассчитывать глобальную освещенность сцены с применением источников света любого типа, как стандартных, так и фотометрических, однако использование последних не обеспечивает в данном случае никаких преимуществ;
дает визуально правдоподобные результаты, хотя и не основывается на физически корректных принципах;
наиболее пригоден для визуализации сцен на открытом воздухе, как в виде статических кадров, так и в виде анимаций;
результат расчетов освещенности зависит от ракурса съемки, и при перемещении камеры все вычисления должны выполняться заново.

Содержание раздела