Метод розрахунку функції відображення глобального освітлення з використанням функцій збурень

Анотація

Поява нового апаратного забезпечення та постійно зростаючі вимоги до складності сцен стимулюють розробляти нові підходи до розрахунку освітлення. Сучасна візуалізація вимагає не тільки фотореалістичного, але й фізично коректного розрахунку освітлення. Ядром будь-якого алгоритму розрахунку глобального освітлення є обчислення інтегралу освітлення по півсфері. Метою роботи є розробка ефективного методу візуалізації, заснованого на кешуванні та репроекції випромінювання. У цій статті представлений модифікований метод, який усуває недоліки алгоритму репроекції для кешу випромінювання. Репроекція є трудомісткою процедурою, оскільки необхідно нормалізувати вектори та обчислити обернені тригонометричні функції, якщо для параметризації півсфери використовуються сферичні координати. Крім того, необхідно використовувати z-буфер і вирішувати задачу з порожнинами, які залишаться після проекції. До того ж, для розрахунку освітлення з віддалених джерел відомі алгоритми мають певні недоліки та розраховані на дуже обмежену кількість випадків. Тому в цій роботі розроблено універсальний алгоритм для обчислення сцен великої складності, що мають віддалені джерела світла, а також вторинні джерела. Складність полягає в тому, що одна і та ж точка поверхні може бути розмішена як повністю в тіні або повністю у світлі від деяких джерел світла (промені до таких джерел є когерентними), так і в півтіні від інших джерел (де когерентність променів невелика). Тому прості методи інтерполяції або екстраполяції освітлення непридатні. Додаткові труднощі виникають із вторинними джерелами світла, які неявно представлені на сцені, і їх місце розташування не відомо заздалегідь. Запропонований метод кешує функцію падаючого випромінювання і використовує обчислені значення в сусідніх точках поверхні, що значно зменшує кількість шляхів променів і обчислення функції відображення. На відміну від інших алгоритмів кешування випромінювання, запропонований спосіб може працювати з високочастотними даними. У порівнянні з класичною реалізацією методу Монте-Карло, метод дає прискорення на порядок із співставною точністю розрахунку. Метод може бути використаний для обчислення кінцевого збору в методах фотонних карт та випромінювальної здатності, освітлення з набору карти оточення з великим динамічним діапазоном, тіней від джерел світла великої площі, «розмитих» відображень тощо.