Эффективные подходы к расчету глобальной освещенности.

Эффективные подходы к расчету глобальной освещенности.

В ранних версиях программ трехмерной графики отсутствовала возможность учитывать дополнительное освещение, которое объекты реального мира получают за счет световых лучей, отраженных от других объектов. В расчет принималось только прямое освещение, то есть освещение лучами, достигающими поверхности объектов непосредственно от источника света. В результате сцена при использовании единственного осветителя никогда не выглядела реалистично, и решение проблемы состояло во включении в состав сцены целого ряда дополнительных осветителей и применении множества ухищрений со включениям и исключением объектов из числа освещаемых тем или иным источником.

Другой возможный подход заключается в использовании специальных дополнительных модулей визуализации, наподобие Final Render, Mental Ray или Brazil программы 3D Max, способных рассчитывать так называемую глобальную освещенность.

Что же такое глобальная освещенность, что дает ее учет при моделировании освещения трехмерных сцен и как она реализуется в 3D Max? Все предметы реального мира доступны нашим глазам только потому, что они отражают световые лучи. Однако отраженные от какого-то объекта лучи света направляются не только в сторону наших глаз, но и во все произвольные направления, попадая на другие предметы окружающей обстановки, снова отражаясь от них и т.д.

Подобные отражения происходят многократно, пока световые лучи не утратят свою энергию за счет частичного поглощения освещаемыми предметами и рассеивания на мельчайшие пылинки, взвешенные в воздухе. Если отражающие объекты имеют характерную окраску, то и отраженные от них лучи света приобретают определенный цветовой оттенок. Например, объект красного цвета поглощает световые лучи всех цветов, кроме красного. Отраженные от такого объекта красные лучи будут придавать близко расположенным к нему предметам красноватый оттенок. Освещенность предметов реального мира, определяющаяся не только прямыми лучами от источника освещения, но и лучами, отраженными от других предметов окружающей обстановки, называется в трехмерной графике глобальной освещенностью (Global Illumination).

В предыдущих версиях программы 3D Max подобное многократное отражение лучей света от объекта к объекту никак не учитывалось по причине сложности программной реализации подобных расчетов и огромного времени, требуемого на их выполнение. Получалось именно так, что прямые лучи света от виртуального источника падают на объекты трехмерной сцены и, осветив их, отражаются только в одну сторону - в сторону глаз наблюдателя. По мере роста бысродействия компьютеров и совершенствования алгоритмов визуализации оказалось возможным реализовать алгоритмы расчета глобальной освещенности в рамках программы 3D Max.

Основные достоинства учета глобальной освещенности состоят в следующем:

·   не требуется такого количества осветителей, как в 3D Max прежних версий. С учетом переотражений лучей света от объекта к объекту в сцене часто оказывается слишком много света даже от единственного источника

·   автоматически формируются полупрозрачные тени, если затененные области дополнительно подсвечиваются лучами, отраженными от объектов сцены

·   автоматически воспроизводится такое характерное для реального мира явление, как цветовое тонирование объектов светом, отраженным от других объектов, имеющих выраженную цветовую окраску