Рис. 10.76. Сцена, сгенерированная методами построения хода лучей с адаптивным делением (перепечатано с разрешения Джерри Фарма (Jerry Farm))
На рис. 10.76 представлен пример сцены, визуализированной с использованием построения хода лучей и адаптивного деления. Для создания реалистичных мягких оттенков (полутеней) использовался неточечный источник света. Было сгенерировано примерно 26 миллионов первичных лучей, 33,5 миллионов теневых лучей и 67,3 миллиона отраженных лучей. Для разработки шахматных фигур использовались методы каркасно-шарнирных фигур (раздел 13.8). Шаблоны текстуры древесины и мраморной поверхности генерировались с использованием методов объемного тек-стурирования (раздел 10.16) на основе функции шума.
Вместо того, чтобы пускать лучи из углов пикселей, можно генерировать лучи, исходящие из центров подпикселей, как показано на рис. 10.77. При таком подходе лучам можно присваивать весовые коэффициенты согласно одной из схем дискретизации, рассмотренных в разделе 4.17.
Другой метод построения сцен с защитой от наложения - это считать луч, исходящий из пикселя, конусом, как показано на рис. 10.78. На каждый пиксель генерируется только один луч, но теперь этот луч имеет конечное поперечное сечение. Чтобы определить, какой процент области пикселя охвачен объектами, вычисляется
Рис. 10.78. Пучок лучей пикселя пересечение конуса пикселя с поверхностью объектов. Для сферы это требует поиска пересечения двух окружностей. Для многогранника нужно найти пересечение окружности с многоугольником.
РАСПРЕДЕЛЕННОЕ ПОСТРОЕНИЕ ХОДА ЛУЧЕЙ
В данном методе стохастической дискретизации лучи согласно различным параметрам модели освещенности распределяются случайно. В число параметров освещенности входят площадь пикселя, направления отражения и преломления, площадь линзы камеры и время. Таким образом, эффекты наложения замещаются низкоуровневым шумом, который улучшает качество изображения и позволяет более точно моделировать глянец и полупрозрачность поверхности, конечные апертуры камеры, конечные источники света и отображение движущихся объектов с расфокусировкой. Распределенное построение хода лучей, по сути, предлагает расчет по методу Монте-Карло кратных интегралов, появляющихся при точном физическом описании освещения поверхности.
Рис. 10.79. Дискретизация пикселя с использованием 16 подпикселей и дрожащее положение луча возле центра каждой подобласти Всем 16 лучам присваиваются целые коды от 1 до 16, а затем с помощью таблицы соответствий находятся другие параметры, такие как угол отражения и время. Путь каждого луча подпикселя по сцене обрабатывается, и определяется вклад данного луча в интенсивность. Затем 16 интенсивностей лучей усредняются и используются в качестве общей интенсивности пикселя. Если интенсивности подпикселя меняются значительно, пиксель можно разбить на меньшие части.
Чтобы сымитировать эффект линз камеры, нужно обработать лучи пикселей, проходящие через линзу, расположенную перед плоскостью пикселей. Как отмечалось ранее, присутствие камеры имитируется с использованием фокусного расстояния и других параметров, так что выбранные объекты будут находиться в фокусе. Затем лучи подпикселей распределяются по площади апертуры. Предполагая, что используется 16 лучей на пиксель, площадь апертуры можно разделить на 16 зон. Затем с каждым подпикселем сопоставляется центральная точка одной из зон, а для определения выборочного распределения пикселя используется следующая процедура. Возле центра каждой зоны рассчитывается смещенное положение, и луч проектируется на сцену из этой смещенной точки зоны через фокус линзы. Фокус луча размещается на расстоянии / от линзы вдоль прямой, проходящей через центр линзы, как показано на рис. 10.80. Если плоскость пикселей расположена на расстоянии di от линзы (рис. 10.73), точки вдоль луча рядом с плоскостью объекта (фокальная плоскость), расположенной на расстоянии d перед линзой, находятся в фокусе. Другие точки вдоль луча выглядят размытыми. Чтобы улучшить отображение объектов, находящихся не в фокусе, увеличивается число лучей подпикселей.