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室內(nèi)家裝設(shè)計(jì)

室內(nèi)效果圖渲染光線跟蹤全局照明算法

編輯: 時間:2017-11-17 08:42:56

   全局照明算法首先開發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)稱作光線跟蹤。光線跟蹤算法在場景中運(yùn)動的數(shù)以億計(jì)的光子中進(jìn)行識別,我們主要關(guān)心的是進(jìn)入眼睛的那些光子。該算法跟蹤從屏幕中每個像素進(jìn)入3D模型的反向光線。這樣,我們只計(jì)算構(gòu)建圖像所需要的信息。要使用光線跟蹤創(chuàng)建圖像,對于計(jì)算機(jī)屏幕上的每個像素執(zhí)行下列步驟。

  光線是通過眼睛的位置反向跟蹤的,通過監(jiān)視器上的像素,直到它與一個曲面相交。我們從材質(zhì)的描述中可以知道曲面的反射率,但我們?nèi)匀徊恢赖竭_(dá)曲面的燈光量。

  要確定總體照明,我們從相交點(diǎn)開始跟蹤光線到環(huán)境中的每個光源(陰影光線)。如果到達(dá)光源的光線未被其他對象阻擋,則來自光源的燈光用于計(jì)算曲面顏色。

  如果相交的曲面有光澤的或透明,則我們必須要確定在要處理的曲面中或通過這一曲面能看到什么。第1步和第2步在反射(在透明的情況下,則是透射)方向反復(fù)執(zhí)行,直到遇到另一曲面。后續(xù)相交點(diǎn)的顏色也用于計(jì)算原始點(diǎn)的顏色。

  如果第二個曲面也是反光的或透明的,則重復(fù)光線跟蹤過程,以此類推,直到達(dá)到迭代的最大次數(shù)或沒有更多的相交曲面為止。

  光線跟蹤:光線通過一個像素從攝影機(jī)開始跟蹤,經(jīng)過幾何體,然后回到光源。

  光線跟蹤算法的應(yīng)用非常廣泛,因?yàn)樗梢越⒍喾N照明效果的模型。它可以精確地實(shí)現(xiàn)直接照明的全局照明特性、陰影、高光反射(比如鏡子)以及通過透明材質(zhì)的折射。光線跟蹤的主要不足在于即使對中等復(fù)雜的環(huán)境它也可能處理得非常慢。在3dsMax中,會有選擇地將光線跟蹤用于使用光線跟蹤材質(zhì)的對象上,這些材質(zhì)將光線跟蹤指定為其著色選項(xiàng)。光線跟蹤也可以指定為渲染光源投射陰影的方法。

  光線跟蹤和掃描線渲染的一個共同不足之處在于,這些技術(shù)都不考慮全局照明的一個非常重要的特性,即漫反射的相互反射。對傳統(tǒng)光線跟蹤和掃描線渲染而言,只有直接來自于光源自身的燈光才被精確考慮。但是,正如房間的例子中所示,到達(dá)曲面的燈光不僅僅來自于光源(直接照明),這些燈光也來自于其他曲面(間接照明)。例如,如果我們光線跟蹤廚房的圖像,則陰影中的區(qū)域應(yīng)當(dāng)以黑色顯示,因?yàn)檫@些區(qū)域不能由光源直接照明。但是,我們從經(jīng)驗(yàn)知道,這些區(qū)域不可能完全為黑色,因?yàn)樗鼈円矔邮盏絹碜灾車鷫Ρ诤偷匕宓臒艄狻?/p>

  在掃描線渲染和傳統(tǒng)的光線跟蹤(在3dsMaxv5之前的版本)中,間接照明通常是僅通過添加一個任意的環(huán)境光值來實(shí)現(xiàn),而此環(huán)境光與間接照明的物理現(xiàn)象無關(guān),并且在整個空間中為固定值。因此,掃描線和光線跟蹤圖像通常看起來過于平面化,尤其是在建筑環(huán)境的渲染上,這些建筑環(huán)境通常來說大部分都是漫反射曲面。

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