Cone traçado - Cone tracing

Cone rastreio e o rastreio do feixe são um derivado do traçado de raios algoritmo que substitui os raios, que não têm espessura, com raios de espessura.

Princípios

Isso é feito por duas razões:

A partir de uma física de transporte de luz ponto de vista

A energia atingindo o pixel vem de todo o ângulo sólido por que os olhos vêem o pixel na cena, não a partir de sua amostra central. Isso gera a noção chave da pegada de pixels em superfícies ou no espaço de textura , que é a projeção traseira do pixel na cena.

A descrição acima corresponde aos câmera pinhole simplificado óptica classicamente usados em computação gráfica . Note-se que esta abordagem também pode representar uma câmara com base em lentes e, portanto, a profundidade de campo efeitos, usando um cone cuja seco transversal diminui a partir do tamanho da lente para zero no plano focal , e então aumenta.

Além disso, um sistema óptico real não se concentrar em pontos exatos porque de difração e imperfeições. Isto pode ser modelada como uma função de dispersão (PSF) ponderadas dentro de um ângulo sólido maior que o pixel.

De um ponto de vista de processamento de sinal

Imagens de raios-tracing sofrem forte aliasing porque o "sinal geométrico projectada" tem frequências muito altas superiores a frequência máxima de Nyquist-Shannon que pode ser representado usando a taxa de amostragem do pixel, de modo que o sinal de entrada tem de ser filtradas passa-baixo - isto é, integrado ao longo de um ângulo sólido em torno do centro do pixel.

Note-se que ao contrário do intuição, o filtro não deve ser a pegada de pixels desde que um filtro de caixa possui pobres propriedades espectrais. Por outro lado, o ideal função sinc não é prático, tendo o apoio infinito e possivelmente valores negativos. A Gaussian ou um Lanczos filtro são considerados bons compromissos.

modelos de computação gráfica

Cone e Feixe primeiros papéis dependem de diferentes simplificações: a primeira considera uma seção circular e trata a interseção com várias formas possíveis. O segundo trata de um feixe piramidal precisas através do pixel e ao longo de um caminho complexo, mas ele só funciona para polyedrical formas.

Cone traçado resolve certos problemas relacionados com a amostragem e aliasing, que podem praga ray tracing convencional. No entanto, cone rastreamento cria uma série de problemas de seu próprio. Por exemplo, apenas interseção um cone com geometria da cena leva a uma enorme variedade de possíveis resultados. Por esta razão, cone traçado permanece mais impopular. Nos últimos anos, os aumentos na velocidade do computador fizeram Monte Carlo algoritmos como o traçado de raios distribuídos - ou seja estocástica integração explícita do pixel - muito mais usado do que o rastreamento de cone, porque os resultados são fornecidos exata amostras suficientes são utilizados. Mas a convergência é tão lento que, mesmo no contexto de off-line tornando uma enorme quantidade de tempo é necessário para evitar o ruído . Trabalhos recentes concentrar em remover este ruído com técnicas de aprendizado de máquina.

Diferencial cone-tracing, considerando um bairro diferencial angular em torno de um raio, evita a complexidade da exata intersecção geometria, mas requer uma representação de nível de detalhe da geometria e aparência dos objetos. Mipmapping é uma aproximação do que limitada à integração da textura da superfície dentro de uma pegada de cone. Diferencial de traçado de raios estende para superfícies texturizadas viram através de caminhos complexos de cones reflectida ou refractada por superfícies curvas. O diferencial completa cone-rastreio - incluindo a geometria e filtragem aparência - é principalmente aplicável como volumétrica cone-rastreio, confiando em 3D mipmapping.

Um recente SVO aplicação por Crassin et al. generalizou essa abordagem para iluminação global e adaptou-a GPU, mostrando imagens de qualidade notáveis em 25-70 frames por segundo. O jogo de vídeo The Tomorrow Crianças utiliza uma forma simplificada e otimizada desse método para tornar seus gráficos.

Estruturas de aceleração para cone rastreamento como de armação Hierarquias Desconto e kd-árvores foram investigadas por Wiche.

Referências