Küresel aydınlatma - Global illumination
Üç boyutlu (3B) bilgisayar grafikleri |
---|
Temel bilgiler |
Birincil kullanımlar |
İlgili konular |
Küresel aydınlatma ( GI ) veya dolaylı aydınlatma , 3B görüntülere daha gerçekçi aydınlatma eklemek amacıyla 3B bilgisayar grafiklerinde kullanılan bir algoritma grubudur . Bu tür algoritmalar, yalnızca doğrudan bir ışık kaynağından ( doğrudan aydınlatma ) gelen ışığı değil, aynı kaynaktan gelen ışık ışınlarının, yansıtıcı olsun veya olmasın, sahnedeki diğer yüzeyler tarafından yansıtıldığı sonraki durumları da hesaba katar ( dolaylı aydınlatma ). .
Teorik olarak, yansımalar , kırılmalar ve gölgelerin tümü küresel aydınlatmanın örnekleridir, çünkü bunları simüle ederken, bir nesne diğerinin oluşturulmasını etkiler (bir nesnenin yalnızca doğrudan bir ışık kaynağından etkilenmesinin aksine). Ancak pratikte, yalnızca dağınık ara yansıma veya kostik simülasyonuna küresel aydınlatma denir.
Algoritmalar
Küresel aydınlatma algoritmaları kullanılarak oluşturulan görüntüler, genellikle yalnızca doğrudan aydınlatma algoritmaları kullananlara göre daha fotogerçekçi görünür . Bununla birlikte, bu tür görüntüler hesaplama açısından daha pahalıdır ve dolayısıyla üretilmesi çok daha yavaştır. Yaygın bir yaklaşım, bir sahnenin küresel aydınlatmasını hesaplamak ve bu bilgiyi geometri ile birlikte saklamaktır (örneğin, radyasyon). Depolanan veriler daha sonra, pahalı aydınlatma hesaplamalarından tekrar tekrar geçmek zorunda kalmadan bir sahnenin izlenecek yollarını oluşturmak için farklı bakış açılarından görüntüler oluşturmak için kullanılabilir.
Radyozite , ışın izleme , ışın izleme , koni izleme , yol izleme , hacimsel yol izleme , Metropolis ışık aktarımı , ortam kapanması , foton haritalama , işaretli mesafe alanı ve görüntü tabanlı aydınlatma , bazıları küresel aydınlatmada kullanılan algoritmaların örnekleridir. hızlı olmayan ancak doğru sonuçlar elde etmek için birlikte kullanılabilir.
Bu algoritmalar , küresel aydınlatmanın çok önemli bir parçası olan dağınık ara yansımayı modellemektedir ; ancak bunların çoğu (radyozite hariç) aynı zamanda speküler yansımayı da modellemektedir , bu da onları aydınlatma denklemini çözmek ve daha gerçekçi aydınlatılmış bir sahne sağlamak için daha doğru algoritmalar haline getirir. Bir sahnenin yüzeyleri arasındaki ışık enerjisinin dağılımını hesaplamak için kullanılan algoritmalar , mühendislik tasarımında sonlu eleman yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilen ısı transferi simülasyonlarıyla yakından ilgilidir .
Fotogerçekçilik
Küresel aydınlatmanın gerçek zamanlı olarak doğru hesaplanmasını sağlamak hala zor. Gerçek zamanlı 3B grafiklerde, küresel aydınlatmanın yansımalar arası dağınık bileşeni bazen, 3B yazılım paketlerinde "ortam aydınlatması" veya "ortam rengi" olarak da adlandırılan aydınlatma denklemindeki bir "ortam" terimi ile yaklaşık olarak tahmin edilir. Bu yaklaştırma yönteminin (aynı zamanda "hile" olarak da bilinir, çünkü gerçekte küresel bir aydınlatma yöntemi değildir) hesaplamalı olarak gerçekleştirilmesi kolaydır, ancak tek başına kullanıldığında yeterince gerçekçi bir etki sağlamaz. Ortam aydınlatmasının, 3B sahnelerde gölgeleri "düzleştirdiği" ve genel görsel efekti daha yumuşak hale getirdiği bilinmektedir. Bununla birlikte, doğru kullanıldığında ortam aydınlatması, işlem gücü eksikliğini telafi etmenin etkili bir yolu olabilir.
Prosedür
Küresel aydınlatmayı etkin bir şekilde simüle edebilen 3B programlarda giderek daha fazla özel algoritmalar kullanılmaktadır. Bu algoritmalar, işleme denklemine sayısal yaklaşımlardır . Küresel aydınlatmayı hesaplamak için iyi bilinen algoritmalar arasında yol izleme , foton haritalama ve radyasyon bulunur . Aşağıdaki yaklaşımlar burada ayırt edilebilir:
- Ters çevirme:
- pratikte uygulanmaz
- Genişleme:
- çift yönlü yaklaşım: Foton haritalama + Dağıtılmış ışın izleme, Çift yönlü yol izleme, Metropolis ışık taşımacılığı
- Yineleme:
Işık yolu gösterimi genel aydınlatmada L (D | S) tipi yollar * E'ye karşılık gelir.
Tam bir tedavi şurada bulunabilir:
Görüntü tabanlı aydınlatma
Gerçek küresel aydınlatmayı simüle etmenin bir başka yolu , sahneyi çevreleyen ve aydınlatan, çevre haritaları olarak da bilinen yüksek dinamik aralıklı görüntülerin (HDRI'ler) kullanılmasıdır. Bu işlem, görüntü tabanlı aydınlatma olarak bilinir .
Yöntemlerin listesi
Yöntem | Açıklama / Notlar |
---|---|
Işın izleme | Örnekleme, örtüşme ve yumuşak gölgelerle ilgili sorunları çözmek için çeşitli gelişmiş varyantlar mevcuttur: Dağıtılmış ışın izleme , koni izleme ve ışın izleme . |
Yol izleme | Tarafsız, değişken: Çift yönlü yol izleme ve enerji yeniden dağıtım yolu izleme |
Foton haritalama | Tutarlı, önyargılı; geliştirilmiş varyantlar: Aşamalı foton haritalama, stokastik aşamalı foton haritalama () |
Işık Kesmeleri | Gelişmiş varyantlar: Çok boyutlu ışık kesimleri ve çift yönlü ışık kesimleri |
Nokta tabanlı küresel aydınlatma | Film animasyonlarında yaygın olarak kullanılır |
Radyolar | Sonlu eleman yöntemi, ön hesaplamalar için çok iyi. Geliştirilmiş sürümler, anlık radyo dalgası ve çift yönlü anlık radyasyondur |
Metropolis hafif ulaşım | İki yönlü yol izleme, tarafsız ve çoğullama üzerine inşa edilir |
Küresel harmonik aydınlatma | Statik sahnelerin gerçek zamanlı oluşturulması için global aydınlatma sonuçlarını kodlar |
Çevresel perdeleme | Fiziksel olarak doğru bir yöntem değil ama genel olarak iyi sonuçlar veriyor. Ön hesaplama için iyidir. |
Voxel tabanlı global aydınlatma | Küresel aydınlatmayı izleyen voksel koni, seyrek voksel oktree küresel aydınlatma ve voksel küresel aydınlatma (VXGI) dahil olmak üzere çeşitli varyantlar mevcuttur. |
Işık yayılımı, küresel aydınlatma hacimleri | Işık yayılma hacimleri, gerçek zamanlı olarak yaklaşık olarak küresel aydınlatmaya (GI) ulaşmak için bir tekniktir.
Sahnedeki ışığın uzamsal ve açısal dağılımını temsil etmek için kafesleri ve küresel harmonikleri (SH) kullanır. Değişken kademeli ışık yayılım hacimleri. |
Ertelenmiş parlaklık aktarımı küresel aydınlatma | |
Derin G-tampon tabanlı küresel aydınlatma |
Ayrıca bakınız
- Kategori: Küresel aydınlatma yazılımı
- Bir tahmincinin önyargısı
- Çift yönlü saçılma dağılım işlevi
- Tutarlı tahminci
- Tarafsız işleme
Referanslar
Dış bağlantılar
- Global aydınlatma ve ortam rengi efektini gösteren video
- Gerçek zamanlı GI demoları - yürütülebilir demoların bir listesi olarak pratik gerçek zamanlı GI tekniklerinin araştırılması
- kuleuven - Bu sayfa, bilgisayar grafiklerinde küresel aydınlatma algoritmaları için kullanışlı formüllerin ve denklemlerin çoğunu bir araya getirme çabası olan Global Illumination Compendium'u içerir.
- Global Illumination'ın Monte Carlo Yol İzi kullanarak teori ve pratik uygulaması.