Metoda energetyczna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Metoda energetyczna (ang. "Radiosity") - metoda wykorzystywana w grafice komputerowej do wyznaczenia globalnego rozkładu oświetlenia scen trójwymiarowych. Algorytm wywodzi się z efektów badań nad promieniowaniem cieplnym, w dziedzinie grafiki komputerowej po raz pierwszy pojawił się w 1984, w pracy naukowców z amerykańskiego Cornell University.

Radiosity wyznacza globalny rozkład natężenia światła uwzględniając pochłonięcia i odbicia światła jakie mają miejsce na wszystkich powierzchniach znajdujących się na scenie. Czyli modeluje prawie dokładnie to samo, co obserwujemy w rzeczywistym świecie, gdzie każda powierzchnia pochłania światło, ale także część odbija.

Po lewej - oświetlenie bezpośrednie, po prawej - po użyciu metody energetycznej: światło odbite od czerwonej podłogi nadaje czerwone zabarwienie całemu pomieszczeniu, w narożnikach można dostrzec subtelne cienie

Radiosity uwzględnia wyłącznie odbicia rozproszone, tj. intensywność światła odbitego jest niezależna od kierunku - dzięki temu uzyskane wyniki są niezależne od położenia obserwatora, co pozwala na wielokrotną, dowolną wizualizację sceny bez ponawiania obliczeń.

Metoda nie uwzględnia jednak efektów świetlnych zależnych od położenia obserwatora takich jak rozbłyski na powierzchniach metalicznych, odbicia zwierciadlane, załamanie światła itp. Dobre efekty finalne uzyskuje się po połączeniu tej metody ze śledzeniem promieni, modelującej te zjawiska, które metoda energetyczna pomija.

Algorytm[edytuj | edytuj kod]

W metodzie energetycznej obiekty składające się na trójwymiarową scenę podlegają rozkładowi na skończoną liczbę tzw. płatów, elementarnych powierzchni (prostokątów lub trójkątów). Sposób podziału determinuje jakość obrazu, z kolei od ilości płatów zależy czas obliczeń.

Z każdym płatem wiąże się współczynnik pochłaniania światła. Może być on dodatni, wtedy płat pochłania część energii świetlnej do niego docierającej, a resztę odbija. Gdy współczynnik ten jest ujemny, płat emituje światło.

Dla każdej pary płatów określany jest współczynnik sprzężenia optycznego, który informuje ile energii świetlnej może zostać przekazane z jednego płata do drugiego. Jest to najtrudniejszy pod względem algorytmicznym i najbardziej czasochłonny etap. Jednocześnie, ze względu na błędy numeryczne, mogą występować "przecieki" światła na połączeniach płatów.

Ostatnim, finalnym krokiem w metodzie radiosity jest iteracyjne obliczenie jasności płatów.

E_i^{(t+1)} = E_i^{(t)} + \sum_j s_{ij}\cdot E_j^{(t)}

Gdzie:

  • E_j,\quad E_i — energia i-tego i j-tego płata
  • s_{ij} — współczynnik sprzężenia optycznego pomiędzy i-tym a j-tym płatem
  • t — krok

Im więcej iteracji, tym uzyskany obraz jest lepszej jakości.

Zmiany obrazu wraz z kolejnymi krokami metody energetycznej; od lewej: po jednej, po dwóch, trzech i na końcu 16 iteracjach

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]