Расчёт освещенности и визуализация сцены

После того, как фотонная карта построена, и мы имеем возможность выполнять быстрый поиск в ней, начинается этап расчёта освещенности. Вариантов здесь много. Вопрос состоит в том, в каких точках мы будем собирать освещенность. Наиболее реалистичный метод: с помощью обычной трассировки лучей через каждый «экранный» пиксель провести луч до первого его пересечения с геометрией сцены. Для точки пересечения решается уравнение рендеринга [5] и вычисляется освещённость поверхности в ней.

Освещённость состоит из четырёх основных компонент: прямое освещение, отражённое освещение, глобальное (непрямое) освещение и каустика. Последняя компонента присутствуют не обязательно.

Для оценки прямого освещения из точки пересечения проводятся лучи в направлениях всех источников света. Если какие-то из этих лучей пересекаются с геометрией сцены, в расчёте прямого освещения соответствующие источники света не участвуют.

Отражённое освещение также просчитывается с помощью трассировки лучей.

Вклад каустики в освещение сцены оценивается с помощью данных из отдельной фотонной карты для каустики.
Для расчёта глобального (непрямого) освещения используется основная фотонная карта.

Рисунок 5 (с сайта www.kanban.ne.jp). Пример эффекта каустики.

Среди «побочных эффектов» метода фотонных карт можно отметить потемнение краев и «пятнистость» изображения (см. рис. 5). Потемнение краёв наблюдается потому, что на границах поверхности сбор освещенности происходит только с части сферы, а результат делится на площадь поверхности всей сферы. Существуют специальные методы для устранения шума и тёмных краёв. Например, Final Gathering или Convex Hull [6]. Использование подобных алгоритмов в несколько раз замедляет работу фотонных карт, но даёт возможность получать «чистые» реалистичные изображения.

Рисунок 6. Расчёт освещённости сцены путём визуализации фотонной карты напрямую с константным радиусом сбора фотонов.