Моделирование световых и теневых эффектов

     

      Дальнейшее развитие трехмерной графики направлено на освоение мето-дов реалистичной визуализации пространственных сцен. К таким методам от-носятся модели формирования световых и теневых эффектов.

      Свет - это очень сложная система, чтобы смоделировать ее в совер-шенстве. Именно поэтому мы редко можем видеть созданные компьютером трехмерные изображения, которые были бы по настоящему фотореалистичны. Во всех случаях, чем сложнее и реалистичнее создаваемая вами виртуальная сцена, тем больше вычислений вы должны произвести, и тем медленнее она будет воспроизводиться на экран.

      Из существующих в настоящее время алгоритмов формирования све-товых эффектов выделяются методы Radiosity [52-54] и Photon mapping [55-57]. Обе технологии позволяют выполнить точное фотометрическое моделирование освещения в сцене. Использование такого подхода позволяет синтезировать высокореалистичные изображения. Однако оба метода имеют следующие недостатки: для повышения реализма изображения сцену необходимо разбивать на более мелкие участки, что влечет за собой резкое увеличение объема данных, необходимых для визуализации; в случае перемещения источников света или объектов относительно источника света необходимо инициализировать новые исходные данные для синтеза изображения, что невозможно выполнить в реальном времени и делает невозможным использование Radiosity и Photon mapping в СВ тренажеров транспортных средств.

      В настоящее время существует довольно много методов синтеза изображения теней [1,2,58-67], а так же синтеза изображения теней в реальном времени [58-67], каждый имеет свои преимущества и недостатки. Выбор алгоритма зависит от требований и специфики графического приложения. Рассмотрим основные подходы:

      - карты освещения (Lightmaps);

      - метод проекции вершин (Projected geometry);

      - теневые объемы (Shadow volumes);

      - теневые буферы (Shadow buffers);

      - теневые карты (Depth incorrect Shadow maps);

      - буферы ObjectID / приоритетов.

      Карты освещения. В том или ином виде карты освещения (Lightmaps) [58] используются практически во всех современных 3D-приложениях. Этот метод применяется для создания не только теней, но и всего освещения сцены. Освещение генерируется для статической геометрии до начала операции синтеза изображения, и во время синтеза в основном не изменяется. Современные вычислительные средства не позволяют реализовать динамическое освещение с использованием карт освещения по причине большой ресурсоемкости процесса создания непосредственно самих карт. Этот подход является базовым для большинства других алгоритмов синтеза теней в реальном времени. Однако он имеет недостатки: алгоритм работает только со статической геометрией, карты освещения занимают довольно большой объем памяти, но во время синтеза алгоритм чрезвычайно эффективен.

      Вся работа доступна по ССЫЛКЕ