1.3.3. Трассировка лучей Начнем создание модели процесса формирования изображения с исследования траектории световых лучей, испускаемых источником. Рассмотрим сцену, ..редставленную на рис. 1.9, в которой присутствует только один точечный источник света. Наблюдатель в сцене нужен по той простой причине, что нас, в конце концов, интересует свет, который достигнет глаз наблюдателя. Наблюдателем может быть и фотокамера, как показано на рис. 1.10. Луч представляет собой прямую, ограниченную с одной стороны, т.е. исходящую из определенной точки и уходящую в бесконечность. Поскольку свет распространяется по прямой, то его можно анализировать в терминах геометрических лучей, исходящих из точечного источника во всех направлениях. Часть этих лучей и вносит свой вклад в образование изображения на пленке в фотокамере. Например, если источник видим из камеры, то некоторые лучи прямо попадают через объектив на пленку. Большая часть испускаемых источником лучей уходит в бесконечность, не попадая прямо ни в объектив камеры, ни на один из "пассивных" объектов сцены. Эти лучи не вносят никакого вклада в создание изображения, хотя их и могут видеть другие наблюдатели. Оставшиеся лучи падают на объекты сцены и освещают их. Лучи, падающие на объект, могут взаимодействовать с ним по-разному. Например, если поверхность объекта зеркальная, то отраженные лучи могут (в зависимости от ориентации поверхности)
Графические системы и модели
достичь объектива и внести определенный вклад в изображение. Другие поверхности, которые называются рассеивающими, или диффузными (diffuse surfaces), рассеивают падающий на них свет во всех направлениях. Если поверхность прозрачная, то световой луч от источника может пройти через нее, но при этом возникает его преломление (или рефракция) и частичное отражение. В результате преломленный и отраженный лучи потом могут взаимодействовать с другими объектами и, возможно, попасть в объектив камеры. Как обычно, большая часть этих лучей потом уходит в бесконечность. На рис. 1.10 представлены шесть вариантов взаимодействия лучей, испускаемых источником, с окружающей средой.