Trasování kužele - Cone tracing

Trasování kužele a trasování paprsku jsou derivací algoritmu trasování paprsků, který nahrazuje paprsky, které nemají žádnou tloušťku, silnými paprsky.

Zásady

To se děje ze dvou důvodů:

Z fyziky lehkého dopravního hlediska

Energie dosahující pixel pochází z celého pevného úhlu , kterým oči vidí pixel ve scéně, nikoli z jeho centrálního vzorku. Tím se získá klíčový pojem pixelové stopy na plochách nebo v prostoru textury , což je zadní projekce pixelu na scénu.

Výše uvedený popis odpovídá dírkové komoře zjednodušené optice klasicky používané v počítačové grafice . Všimněte si, že tento přístup může také představovat kameru na bázi objektivu, a tedy efekty hloubky pole , pomocí kužele, jehož průřez se zmenšuje z velikosti objektivu na nulu v ohniskové rovině a poté se zvětšuje.

Skutečný optický systém se navíc kvůli difrakci a nedokonalostem nezaměřuje na přesné body . To lze modelovat jako funkci rozšíření bodu (PSF) váženou v plném úhlu větším než pixel.

Z pohledu zpracování signálu

Ray-tracing images trpí silným aliasingem, protože „promítaný geometrický signál“ má velmi vysoké frekvence překračující Nyquist-Shannonovu maximální frekvenci, kterou lze reprezentovat pomocí vzorkovací frekvence pixelu, takže vstupní signál musí být filtrován dolní propustí - tj. integrovaný přes plný úhel kolem středu pixelu.

Všimněte si, že na rozdíl od intuice by filtr neměl být stopou pixelu, protože krabicový filtr má špatné spektrální vlastnosti. Naopak, ideální funkce sinc není praktická, má nekonečnou podporu a možná záporné hodnoty. Gaussian nebo Lanczos filtr jsou považovány za dobré kompromisy.

Počítačové grafické modely

Rané články Cone and Beam spoléhají na různá zjednodušení: první uvažuje o kruhovém řezu a ošetřuje průnik různými možnými tvary. Druhá zachází s přesným pyramidovým paprskem procházejícím pixelem a složitou cestou, ale funguje pouze u polyedrických tvarů.

Trasování kužele řeší určité problémy spojené se vzorkováním a aliasingem, které mohou trápit konvenční trasování paprsků. Trasování kužele však vytváří řadu vlastních problémů. Například právě protnutí kuželu s geometrií scény vede k enormní rozmanitosti možných výsledků. Z tohoto důvodu zůstalo sledování kužele většinou nepopulární. V posledních letech zvýšení rychlosti počítače způsobilo, že algoritmy Monte Carlo , jako je distribuované trasování paprsků - tj. Stochastická explicitní integrace pixelu - jsou mnohem používanější než trasování kuželů, protože výsledky jsou přesné, pokud je použit dostatek vzorků. Konvergence je ale tak pomalá, že i v kontextu offline vykreslování je zapotřebí obrovské množství času, aby se zabránilo hluku . Nedávné práce se zaměřují na odstranění tohoto šumu pomocí technik strojového učení.

Diferenciální sledování kužele, vzhledem k diferenciálnímu úhlovému okolí kolem paprsku, se vyhýbá složitosti přesného průniku geometrie, ale vyžaduje LOD reprezentaci geometrie a vzhledu objektů. MIPmapping je jeho aproximací omezenou na integraci povrchové textury do stopy kužele. Diferenciální sledování paprsků ji rozšiřuje na texturované povrchy pozorované složitými cestami kuželů odražených nebo lámaných zakřivenými povrchy.

Akcelerační struktury pro sledování kuželů, jako jsou hierarchie objemových objemů a kd-stromy, byly zkoumány Wiche.

Reference