Глобальное освещение - Global illumination - Wikipedia

Рендеринг без глобального освещения. Области, которые находятся за пределами прямого света потолочной лампы, не имеют четкости. Например, корпус лампы выглядит полностью однородным. Без добавления окружающего света в рендер он выглядел бы равномерно черным.

Рендеринг с глобальным освещением. Свет отражается от поверхностей, а цветной свет переносится с одной поверхности на другую. Обратите внимание, как цвет от красной стены и зеленой стены (не виден) отражается на других поверхностях сцены. Также следует отметить едкий проецируется на красную стену из света, проходящего через стеклянную сферу.

Глобальное освещение^[1] (GI), или же непрямое освещение, это группа алгоритмы используется в 3D компьютерная графика которые призваны добавить более реалистичный освещение в 3D-сцены. Такие алгоритмы учитывают не только свет, исходящий непосредственно от источника света (прямое освещение), но также и последующие случаи, когда световые лучи от того же источника отражаются другими поверхностями в сцене, отражающими или нет (непрямое освещение).

Теоретически размышления, преломления и тени - все это примеры глобального освещения, потому что при их моделировании один объект влияет на рендеринг другого (в отличие от объекта, на который влияет только прямой источник света). Однако на практике только моделирование диффузное взаимное отражение или же каустика называется глобальным освещением.

Алгоритмы

Изображения, созданные с использованием алгоритмов глобального освещения, часто выглядят более яркими. фотореалистичный чем те, которые используют только алгоритмы прямого освещения. Однако такие изображения являются более дорогими в вычислительном отношении и, следовательно, намного медленнее генерируются. Один из распространенных подходов - вычислить глобальное освещение сцены и сохранить эту информацию вместе с геометрией (например, светимостью). Сохраненные данные могут затем использоваться для генерации изображений с разных точек обзора для генерации пошаговых обзоров сцены без необходимости многократно выполнять дорогостоящие вычисления освещения.

Лучистость, трассировка лучей, трассировка луча, конус, трассировка пути, Легковой транспорт Метрополис, окружающая окклюзия, фотонное отображение, подписанное поле расстояния и освещение на основе изображения все это примеры алгоритмов, используемых в глобальном освещении, некоторые из которых могут использоваться вместе для получения не быстрых, но точных результатов.

Эти алгоритмы модели диффузное взаимное отражение что является очень важной частью глобального освещения; однако большинство из них (за исключением излучения) также моделируют зеркальное отражение, что делает их более точными алгоритмами для решения уравнения освещения и обеспечивает более реалистичное освещение сцены. Алгоритмы, используемые для расчета распределения световой энергии между поверхностями сцены, тесно связаны с теплопередача моделирование выполнено с использованием заключительный элемент методы инженерного проектирования.

Фотореализм

Внешний вид архитектурного макета

Пример слоя ambient occlusion

Достижение точного расчета глобального освещения в реальном времени остается трудным.^[2] В 3D-графике в реальном времени диффузное взаимное отражение Компонент глобального освещения иногда аппроксимируется термином «окружающее» в уравнении освещения, которое также называется «окружающее освещение» или «окружающий цвет» в пакетах программного обеспечения 3D. Хотя этот метод аппроксимации (также известный как «обман», потому что на самом деле это не метод глобального освещения) легко выполнить с помощью вычислений, при использовании в одиночку он не обеспечивает адекватно реалистичного эффекта. Окружающее освещение, как известно, «сглаживает» тени в 3D-сценах, делая общий визуальный эффект более мягким. Однако при правильном использовании окружающее освещение может быть эффективным способом восполнить недостаток вычислительной мощности.

Процедура

В программах 3D используется все больше и больше специализированных алгоритмов, которые могут эффективно моделировать глобальное освещение. Эти алгоритмы представляют собой численные приближения к уравнение рендеринга. Хорошо известные алгоритмы расчета глобального освещения включают: трассировка пути, фотонное отображение и лучезарность Здесь можно выделить следующие подходы:

Инверсия: ${ Displaystyle L = (1-T) ^ {- 1} L ^ {e} ,}$ $L = (1-T) ^ {{- 1}} L ^ {e} ,$
- не применяется на практике
Расширение: ${ Displaystyle L = сумма _ {я = 0} ^ { infty} T ^ {я} L ^ {e}}$ $L = sum _ {{i = 0}} ^ { infty} T ^ {i} L ^ {e}$
- двунаправленный подход: Фотонное отображение + Распределенная трассировка лучей, Двунаправленная трассировка пути, Легковой транспорт Метрополис
Итерация: ${ Displaystyle L_ {п} tl_ {е} + = L ^ {(п-1)}}$ $L_ {n} tl_ {e} + = L ^ {{(n-1)}}$
- Лучистость

В глобальном освещении Light path notation пути типа L (D | S) соответствуют * E.

Полное лечение можно найти в ^[3]

Освещение на основе изображения

Еще один способ имитации реального глобального освещения - использование изображения с высоким динамическим диапазоном (HDRI), также известные как карты окружающей среды, которые окружают и освещают сцену. Этот процесс известен как освещение на основе изображения.

Список методов

Метод	Описание / Примечания
трассировка лучей	Существует несколько расширенных вариантов решения проблем, связанных с дискретизацией, наложением имен и мягкими тенями: Распределенная трассировка лучей, конус, и трассировка луча.
Трассировка пути	Беспристрастный, вариант: двунаправленное отслеживание пути и отслеживание пути перераспределения энергии^[4]
Фотонное отображение	Последовательный, необъективный; расширенные варианты: прогрессивное фотонное отображение, стохастическое прогрессивное фотонное отображение (^[5])
Lightcuts	Расширенные варианты: многомерные светорезы и двунаправленные светорезы^[6]
Точечное глобальное освещение	Широко используется в анимации фильмов^[7]^[8]
Лучистость	Метод конечных элементов, очень хорошо подходит для предварительных вычислений. Улучшенные версии - мгновенное излучение^[9] и двунаправленное мгновенное излучение^[10]
Легковой транспорт Метрополис	Основывается на двунаправленной трассировке пути, беспристрастной и мультиплексированной^[11]
Сферическое гармоническое освещение	Кодирует результаты глобального освещения для рендеринг в реальном времени статических сцен
Окклюзия окружающей среды	Физически не корректный метод, но в целом дает хорошие результаты. Подходит для предварительных вычислений.
Глобальное освещение на основе вокселей	Существует несколько вариантов, в том числе воксельный конус с отслеживанием глобального освещения,^[12] разреженное глобальное освещение октодерева вокселей и глобальное освещение вокселей (VXGI)^[13]
Объемы распространения света глобальное освещение^[14]	Объемы распространения света - это метод приблизительного достижения глобального освещения (GI) в реальном времени. Он использует решетки и сферические гармоники (SH) для представления пространственного и углового распределения света в сцене. Варианты объемов каскадного распространения света.^[15]
Глобальное освещение с отложенной передачей сияния^[16]
Глобальное освещение на основе глубокого G-буфера^[17]

Смотрите также

Категория: Программное обеспечение глобального освещения
Смещение оценщика
Функция распределения двунаправленного рассеяния
Последовательный оценщик
Беспристрастный рендеринг

внешняя ссылка

Видео, демонстрирующее глобальное освещение и эффект окружающего цвета
Демонстрации GI в реальном времени - обзор практических методов GI в реальном времени в виде списка исполняемых демонстраций
Кулевен - Эта страница содержит сборник «Глобальное освещение», цель которого собрать воедино большинство полезных формул и уравнений для алгоритмов глобального освещения в компьютерной графике.
Теория и практическая реализация глобального освещения с использованием трассировки пути Монте-Карло.

[wordpress-1] "Коллекция техник глобального освещения в реальном времени | extremeistan". extremeistan.wordpress.com. Получено 2016-05-14.

[tmocg-2] Курачи, Норико (2011). Магия компьютерной графики. CRC Press. п. 339. ISBN 9781439873571. Получено 24 сентября 2017.

[WikiMarkup-3] Филип Дютре; Филипп Бекаерт; Кавита Бала (30 августа 2006 г.). Advanced Global Illumination, второе издание. ISBN 978-1568813073.

[psu-4] «CiteSeerX - Аннотация». CiteSeerX 10.1.1.63.5938. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)

[u-tokyo-5] "Тошия Хатисука в UTokyo". ci.i.u-tokyo.ac.jp. Получено 2016-05-14.

[Walter2005-6] Уолтер, Брюс; Фернандес, Себастьян; Арбри, Адам; Бала, Кавита; Доникян, Майкл; Гринберг, Дональд П. (1 июля 2005 г.). «Лайткуты». Транзакции ACM на графике. 24 (3): 1098–1107. Дои:10.1145/1073204.1073318.

[7] "Coursenote.dvi" (PDF). Graphics.pixar.com. Получено 2016-12-02.

[8] «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-12-22. Получено 2013-04-17.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)

[9] "Мгновенное излучение: Келлер (SIGGRAPH 1997)" (PDF). Cs.cornell.edu. Получено 2016-12-02.

[10] «Двунаправленное мгновенное излучение» (PDF). Artis.imag.fr. Получено 2016-12-02.

[11] «Мультиплексный городской легкий транспорт» (PDF). Ci.i.u-tokyo.ac.jp. Получено 2016-12-02.

[12] Кирилл Крассин. «Отслеживание конуса вокселей и разреженное октодерево вокселей для глобального освещения в реальном времени» (PDF). On-demand.gputechconf.com. Получено 2016-12-02.

[geforce-13] "VXGI | GeForce". geforce.com. Получено 2016-05-14.

[unrealengine-14] "Объемы распространения света GI - Epic Wiki". wiki.unrealengine.com. Получено 2016-05-14.

[15] «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-01-18. Получено 2016-01-23.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)

[16] «Объемы отложенного переноса сияния: глобальное освещение в Far Cry 3» (PDF). Twvideo01.ubm-us.net. Получено 2016-12-02.

[williams-17] «Приближение быстрого глобального освещения на глубоких G-буферах». graphics.cs.williams.edu. Архивировано из оригинал на 2016-02-21. Получено 2016-05-14.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]