Обратная трассировка лучей

Определение цвета точки. Текстурные карты и свойства материалов

В таких задачах компьютерной графики как получение изображений фотографического качества (проще говоря то, чем занимаются 3ds max, Maya и прочие), имитирующих реальные объекты, жизненно необходимы материалы. Будем полагать, что основным методом закраски у нас будет алгоритм Фонга (Phong shading) с интерполяцией нормалей (т.к. основным объектом будем считать треугольник, с заданными нормалями в вершине).

В закраске по Фонгу используются следующие св-ва материала:

Цвет в области тени (Ambient color). Берется с учетом фонового освещения сцены.
Рассеянный цвет (Diffuse color). Берется отдельно для каждого источника света, пропорционально косинусу угла между нормалью в точке и вектором на источник света .
Цвет блика (Specular color). Берется отдельно для каждого источника света, пропорционально косинусу угла между вектором отражения взгляда наблюдателя в точке и вектором на источник света в определенной степени .

Дополнительно используются следующие свойства:

Плотность материала (Opacity). Параметр обратный прозрачности. 1 – материал не пропускает свет, 0 – материал полностью прозрачен.
Степень отражения (Reflection). 1 – материал отражает весь свет.
Сила блика (Specular amount). Дополнительный коэффициент для цвета блика.
Степень блика (Specular level). Определяет какой будет блик - точечный (большая степень), или широкий (степень близка к нулю).
Коэффициент преломления (Refraction level). Насколько луч изменит свой угол при прохождении полупрозрачного материала. Угол находится из известного оптического закона: отношение косинуса угла падающего света к косинусу угла преломленного света, равно отношению оптических плотностей (в данном случае коэффициенту преломления).
Степень шероховатости (Bump amount). См. далее.

Для нахождения векторов отраженного луча и преломленного луча необходимо вспомнить геометрию.

Отраженный луч. Находим - проекцию на , вектор отраженного луча получается как .

Преломленный луч. Находим двойное векторное произведение (за порядок умножения не ручаюсь). Длина полученного вектора равна синусу угла между нормалью и падающего вектора. Но длина преломленного луча равна синусу угла между нормалью и падающего вектора, умноженному на коэффициент преломления. Теперь нужно только промасштабировать полученный вектор и сложить его с нормалью . Корень нужен, чтобы получить в результате единичный вектор. Если под корнем получается отрицательное число, то наблюдается эффект полного отражения.

Назад | Содержание | Вперед