Иллюстрация методов шейдинга для сравнения

Эта иллюстрация нужна как заключительная, чтобы мы смогли наглядно сравнить рендеринг, выполненный по разным технологиям.

Алгоритмы получения высокореалистических изображений общие замечания

Эти методы были разработаны для получения еще более реалистичных изображений, чем в методе Фонга. Направления улучшений сводились, в основном, ко все более полному учету физических законов, действующих при взаимодействии света и вещества. Полностью этого достичь, вероятно, не удастся никогда, но пока сделано было следующее:

• По сути, это методы расчета ГЛОБАЛЬНОГО освещения, рассматривающие освещение, затенение (расчет тени), многократные отражения и преломления.

• Как и рассмотренные выше методы расчета ЛОКАЛЬНОЙ освещенности, эти методы не учитывают ВОЛНОВУЮ природу света, то есть дифракцию и интерференцию.

Классическая прямая трассировка лучей

Предложена Артуром Аппелем (Arthur Appel) в 1968 году и дополнена алгоритмом общей рекурсии, разработанным Whitted в 1980 году.

Лучи должны быть построены от каждого источника освещения ко всем точкам поверхностей всех объектов сцены и отслежены в соответствии с законами отражения и преломления.

Имеет только историческое значение, практически НЕ ПРИМЕНЯЕТСЯ.

Обратная трассировка лучей

Этот подход оказался значительно плодотворнее прямой трассировки по вполне понятной причине – рассчитываются не все исхдящие из источников света лучи, а только те, что попадают в объектив камеры.

Каждый луч строится от наблюдателя через через центр пиксела видового окна до первого пересечения с объектом и далее – в соответствии с законами преломления и отражения.

Вторичные лучи обратной трассировки

В моделях глобальной освещенности у объектов существуют не только оптические свойства поверхности, но и новые атрибуты, например, оптическая плотность (коэффициент преломления), степень прозрачности, цвет материала по объему и другие. В силу этого становится возможным рассчитывать отраженные и преломленные лучи. Кроме этого, в методе обратной трассировки по-прежнему учитываются законы локального освещения, такие как закон Ламберта. Для их учета из каждой точки отражения или преломления строятся т.н. «теневые» лучи, направленные ко всем источникам света.

1-отраженный луч; 2- «теневой» луч; 3 – преломленный луч.

Дерево вторичных лучей обратной трассировки

Поскольку световые лучи в реальности могут испытывать в сцене десятки отражений и преломлений, в расчетах по моделям глобальной освещенности приходится искусственно ограничивать глубину этих явлений. Практически остановились на второй точке отражения/преломления, в противном случае трудоемкость возрастает весьма сильно, но качество результатов заметно не повышается.

• Теневые лучи строятся всегда.

• Преломленный и отраженный лучи строятся при условии, что поверхность пересечения обладает свойствами отражения или преломления. Если объект такими свойствами не обладает, в точке пересечения вычисляется освещенность (diffuse и specular), и луч обрывается (считается, что он заканчивается на источнике света).

• В идеале процесс должен был бы продолжаться до тех пор, пока все лучи либо не будут рассеяны на чисто диффузных поверхностях, либо не выйдут за пределы видимой области.