następny punkt »


1. Koncepcja metody śledzenia promieni

W metodzie śledzenia promieni przyjęta jest inna koncepcja realizacji procesu renderingu sceny niż poprzednio, gdzie cały proces renderingu składał się z szeregu kroków realizujących poszczególne operacje w odniesieniu do poszczególnych obiektów sceny: rzutowanie z uwzględnieniem bryły widzenia, eliminowanie elementów niewidocznych, cieniowanie itd. Tym razem pomysł polega na tym żeby obliczenia prowadzić niezależnie w odniesieniu do każdego piksela tworzonego obrazu.

Istota metody polega na tym, że z punktu obserwacji (oka obserwatora) prowadzi się promienie przechodzące przez poszczególne piksele ekranu i biegnące w stronę sceny. Analizowany jest bieg każdego promienia w scenie i następnie określa się barwę przypisywaną odpowiedniemu pikselowi. W ten sposób kompletuje się informację o barwie wszystkich pikseli tworzących obraz.

Rozważmy proces analizy dla jednego piksela. Na rysunku XII.1 pokazano przykładowy promień biegnący w stronę sceny. Promień ten po napotkaniu pierwszego obiektu A odbija się i biegnie do momentu napotkania kolejnego obiektu B. Na rysunku XII.1 założono, że obiekt B jest półprzezroczysty i promień ulega zarówno odbiciu jak i załamaniu. Promień odbity z kolei biegnie do najbliższego obiektu C gdzie ponownie jest odbijany. Proces śledzenia można kontynuować dalej. W praktyce proces śledzenia ogranicza się do dwóch lub trzech kolejnych odbić.

Rys. XII.1. Przykładowy bieg promienia w metodzie śledzenia promieni

Po znalezieniu drogi promienia w scenie, w drugiej fazie wyznacza się barwę jaką należy przypisać pikselowi. Niewątpliwie piksel powinien uzyskać barwę jaką będzie widział obserwator patrząc przez umowny otwór w ekranie w miejscu gdzie jest piksel. W przykładzie z rysunku XII.1 obserwator będzie widział punkt powierzchni obiektu A i barwa tego punktu powinna być przypisana pikselowi. Powstaje więc problem określenia barwy tego punktu. Można to zrobić korzystając z równania Phonga. Trzeba tu wziąć pod uwagę fakt, iż barwa punktu będzie uzależniona zarówno od bezpośredniego oświetlenia przez źródła światła znajdujące się w scenie jak też i oświetlenia pośredniego pochodzącego od sąsiednich obiektów. W przykładzie z rysunku XII.1 oznacza to, że powinniśmy najpierw wyznaczyć barwę punktu na powierzchni obiektu C, potem barwę punktu na powierzchni B (z uwzględnieniem wpływu promienia załamanego) i dopiero na końcu barwę punktu na powierzchni A (por. rysunek XII.2).

Rys. XII.2. Wyznaczanie barwy piksela w metodzie śledzenia promieni

Przy wyznaczaniu barw poszczególnych punktów istotne jest również uwzględnienie tego czy dany punkt jest oświetlany przez określone źródło światła czy też leży w cieniu rzucanym przez inny obiekt. W tym celu korzysta się z pomocniczych promieni (tak zwanych promieni cieni) prowadzonych z analizowanego punktu w kierunku każdego źródła światła. Ilustruje to rysunek XII.3.

Rys. XII.3. Promienie cieni w metodzie śledzenia promieni

Zauważmy, że metoda śledzenia promieni rozwiązuje wiele problemów, o których mówiliśmy wcześniej: problem rzutowania z uwzględnieniem bryły widzenia, problem widoczności, problem cieniowania czy wreszcie problem cieni rzucanych przez obiekty. Jest to metoda bardzo efektywna jeśli chodzi o jakość uzyskiwanych obrazów. Obrazy uzyskiwane za pomocą tej metody są określane mianem fotorealistycznych. Ich jakość niejednokrotnie nie odbiega od jakości dobrych zdjęć.


 następny punkt »