Śledzenie wiązki
Śledzenie wiązki to algorytm symulujący propagację fali . Został opracowany w kontekście grafiki komputerowej do renderowania scen 3D , ale był również używany w innych podobnych obszarach, takich jak symulacje akustyki i elektromagnetyzmu .
Śledzenie wiązki jest pochodną algorytmu śledzenia promieni , który zastępuje promienie, które nie mają grubości, wiązkami. Belki mają kształt nieograniczonych piramid z (prawdopodobnie złożonymi ) wielokątnymi przekrojami poprzecznymi. Śledzenie wiązki zostało po raz pierwszy zaproponowane przez Paula Heckberta i Pata Hanrahana .
W przypadku śledzenia wiązki wiązka piramidalna jest początkowo rzucana przez całe pole widzenia . Ta początkowa wiązka widzenia jest przecinana przez każdy wielokąt w środowisku, zwykle od najbliższego do najdalszego. Każdy wielokąt przecinający się z belką musi być widoczny i jest usuwany z kształtu belki oraz dodawany do kolejki renderowania. Kiedy wiązka przecina się z odbijającym lub załamującym wielokątem, tworzona jest nowa wiązka w sposób podobny do śledzenia promieni.
Wariant śledzenia wiązki rzuca piramidalną wiązkę przez każdy piksel płaszczyzny obrazu . Jest to następnie dzielone na podwiązki w oparciu o ich przecięcie z geometrią sceny. odbite i transmisyjne ( załamania ) są również zastępowane wiązkami. Ten rodzaj implementacji jest rzadko używany, ponieważ związane z tym procesy geometryczne są znacznie bardziej złożone, a przez to kosztowne niż zwykłe rzucanie większej liczby promieni przez piksel. Śledzenie stożka to podobna technika wykorzystująca stożek zamiast złożonej piramidy.
Śledzenie wiązki rozwiązuje pewne problemy związane z próbkowaniem i aliasingiem , które mogą być plagą konwencjonalnych metod śledzenia promieni. Ponieważ śledzenie wiązki skutecznie oblicza ścieżkę każdego możliwego promienia w każdej wiązce (którą można postrzegać jako gęstą wiązkę sąsiednich promieni), nie jest tak podatne na niedostateczne próbkowanie (brakujące promienie) lub nadmierne próbkowanie (zmarnowane zasoby obliczeniowe). . Złożoność obliczeniowa związana z belkami sprawiła, że stały się one niepopularne w wielu zastosowaniach wizualizacyjnych. W ostatnich latach algorytmy Monte Carlo , takie jak rozproszony ray tracing (i Transport lekki Metropolis ?) stały się bardziej popularne do renderowania obliczeń.
„Wsteczny” wariant śledzenia wiązki polega na wysyłaniu wiązek ze źródła światła do otoczenia. Podobnie jak w przypadku mapowania fotonów , wsteczne śledzenie wiązki może być wykorzystywane do wydajnego modelowania efektów świetlnych, takich jak kaustyka . Ostatnio technika śledzenia wiązki wstecznej została również rozszerzona, aby obsługiwać interakcje materiałów błyszczących i rozproszonych (śledzenie błyszczącej wiązki wstecznej), na przykład z polerowanych powierzchni metalowych.
Śledzenie wiązki zostało z powodzeniem zastosowane w dziedzinie modelowania akustycznego i propagacji elektromagnetycznej. W obu tych zastosowaniach wiązki są wykorzystywane jako skuteczny sposób śledzenia głębokich odbić od źródła do odbiornika (lub odwrotnie). Belki mogą zapewnić wygodny i zwarty sposób przedstawiania widoczności. Po obliczeniu drzewa wiązek można go użyć do łatwego uwzględnienia ruchomych nadajników lub odbiorników.
Śledzenie wiązki jest związane z koncepcją śledzenia stożka .
Zobacz też
- ^ PS Heckbert i P. Hanrahan, „ Objekty wielokątne śledzenia wiązki ”, Grafika komputerowa 18 (3), 119-127 (1984).
- ^ A. Lehnert, „ Błędy systematyczne algorytmu śledzenia promieni ”, Applied Acoustics 38, 207-221 (1993).
- ^ Steven Fortune, „Topologiczne śledzenie wiązki”, Symposium on Computational Geometry 1999: 59-68
- ^ M. Watt, „ Interakcja światło-woda za pomocą wstecznego śledzenia wiązki ”, w „Materiały z 17. dorocznej konferencji poświęconej grafice komputerowej i technikom interaktywnym (SIGGRAPH'90)”, 377-385 (1990).
- ^ B. Duvenhage, K. Bouatouch i DG Kourie, „ Exploring the use of Glossy Light Volumes for Interactive Global Illumination ”, w „Proceedings of the 7th International Conference on Computer Graphics, Virtual Reality, Visualization and Interaction in Africa”, 2010 .
- Bibliografia _ _ _ _ i techniki interaktywne (SIGGRAPH'98) , 21-32 (1998).
- ^ Steven Fortune, „ Algorytm śledzenia wiązki do przewidywania propagacji radia w pomieszczeniach ”, w WACG 1996: 157-166