Метод трасування променів (raytracing)
Метод трасування променів заснований на принципі побудови траєкторій променів за її поширення в сцені. Розрізняють два підходи до побудови траєкторій променів:
- метод прямого трасування променів;
- метод зворотного трасування променів.
У першому випадку імітується реальне поширення світла від джерела до камери. Траєкторія променя простежується від джерела з урахуванням кожного відображення/пропускання від поверхонь сцени доти, доки він не потрапить у камеру чи покине сцену. У результаті виходить зображення сцени з погляду камери. Метод прямої трасування неефективний, оскільки з усіх променів, випущених джерелом, лише незначна їх частина потрапить у камеру, що вимагає обробки траєкторій величезної кількості променів для отримання зображення сцени.
У випадку зворотного трасування траєкторії променів починаються на камері в напрямку об'єктів сцени і далі до джерела. При попаданні променя на об'єкт визначається його яскравість у напрямку спостерігача, що складається з двох складових: прямий від джерела світла і відбитої від інших об'єктів сцени. У всіх сучасних моделях трасування променів застосовуються спрощені алгоритми, які використовують такі припущення:
- розглядаються лише точкові ІВ;
- Відображення від поверхні прямого світла ІС поділяється на дифузну і спрямовано-розсіяну складові із заданими коефіцієнтами ρd і ρs;
- індикатриса відображення спрямовано-розсіяної складової визначається залежністю:
де C0 - визначається з умови нормування:
де Θ0 – кут падіння променя.
- складова багаторазових відображень враховується введенням розсіяної складової яскравості шляхом приписування всім поверхням деякої постійної освітленості Ea та коефіцієнта розсіяноговідбиття ρa.
З урахуванням цих припущень яскравість променя, що йде з точкиP(r ) у напрямку спостерігача (камери) за наявності N точкових джерел світла визначається виразом:
де - сила світла i-го джерела у напрямку в точкуP(r ).ri- відстань від джерела світла до точкиP(r ). - Вектор, дзеркальний по відношенню до падаючого променя.
До недоліків методу зворотного трасування можна зарахувати залежність побудованого зображення від позиції камери. Найбільш ефективним рішенням вважається поєднання прямого та зворотного трасування, причому зворотне трасування використовується для проектування зображення сцени на екран, а пряме – для розрахунку прямої складової, обліку екранування та затінення.
5. Розрахунок якісних показників освітлення
5.1 Коефіцієнт пульсації