Trasování paprsku - Beam tracing

Trasování paprsků je algoritmus simulující šíření vln . Byl vyvinut v kontextu počítačové grafiky pro vykreslování 3D scén, ale byl také použit v jiných podobných oblastech, jako je akustika a simulace elektromagnetismu .

Trasování paprsků je derivát algoritmu trasování paprsků, který nahrazuje paprsky, které nemají žádnou tloušťku, paprsky. Nosníky jsou tvarovány jako neomezené pyramidy s (možná složitými ) polygonálními průřezy. Trasování paprsků poprvé navrhli Paul Heckbert a Pat Hanrahan .

Při sledování paprsku se pyramidový paprsek zpočátku vrhá celým pozorovacím komolím . Tento počáteční pozorovací paprsek protíná každý polygon v prostředí, obvykle od nejbližšího po nejvzdálenější. Každý mnohoúhelník, který protíná paprsek, musí být viditelný a je odstraněn z tvaru paprsku a přidán do fronty vykreslení. Když se paprsek protíná s reflexním nebo refrakčním polygonem, vytvoří se nový paprsek podobným způsobem jako sledování paprsků.

Varianta sledování paprsku vrhá pyramidální paprsku přes každý pixel v obrazové rovině . Ten se poté rozdělí na dílčí paprsky na základě jeho průsečíku s geometrií scény. Reflexní a propustné ( lomové ) paprsky jsou také nahrazeny paprsky. Tento druh implementace se používá jen zřídka, protože zapojené geometrické procesy jsou mnohem složitější a proto nákladnější než pouhé vrhání více paprsků přes pixel. Trasování kužele je podobná technika využívající kužel místo složité pyramidy.

Trasování paprsků řeší určité problémy spojené se vzorkováním a aliasingem , které mohou trápit konvenční přístupy k trasování paprsků. Vzhledem k tomu, že sledování paprsku efektivně vypočítává cestu každého možného paprsku v každém paprsku (což lze považovat za hustý svazek sousedních paprsků), není tak náchylné k nedostatečnému vzorkování (chybějící paprsky) nebo nadměrnému vzorkování (zbytečné výpočetní zdroje) . Výpočetní složitost spojená s paprsky je učinila nepopulárními pro mnoho vizualizačních aplikací. V posledních letech se algoritmy Monte Carlo , jako je distribuované trasování paprsků (a Metropolis light transport ?), Staly populárnějšími pro výpočty vykreslování.

Varianta zpětného sledování paprsku vrhá paprsky ze světelného zdroje do prostředí. Podobně jako u fotonového mapování lze zpětné trasování paprsku použít k efektivnímu modelování světelných efektů, jako je například kaustika . Nedávno byla také rozšířena technika zpětného sledování paprsku, aby zvládla interakce lesklého k rozptýlení materiálu (lesklé zpětné paprskové trasování), například z leštěných kovových povrchů.

Sledování paprsků bylo úspěšně aplikováno na pole akustického modelování a modelování elektromagnetického šíření. V obou těchto aplikacích se paprsky používají jako efektivní způsob sledování hlubokých odrazů od zdroje k přijímači (nebo naopak). Nosníky mohou poskytnout pohodlný a kompaktní způsob, jak reprezentovat viditelnost. Jakmile je strom paprsků vypočítán, lze jej použít ke snadnému výpočtu pohybujících se vysílačů nebo přijímačů.

Sledování paprsku souvisí v konceptu se sledováním kužele .

Viz také

• Pat Hanrahan
• Ray tracing (grafika)

Reference