Системы 3D моделирования

1.4 Визуализация

В области трехмерного моделирования очень важной задачей является задача получить реалистичное и правдоподобное конечное изображение. Главным критерием фотореалистичности и правдоподобности трехмерного изображения является точное отображение освещения, теней, отражающих и поглощающих свойств материалов объектов.

Визуализация – это заключительный этапом работы над моделируемой сценой. В этом этапе компьютер превращает математическую модель сцены в форму, которая будет доступна для визуального восприятия. Этот процесс мы называем рендерингом. В английском языке существует слово visualization (визуализация), но оно имеет более широкое значение. В 3ds max только на этапе рендеринга мы можем видеть все свойства материалов объектов, источников света, здесьпроявляются эффекты внешней среды, использованные в составе сцены.
Сцены, созданные нами, могут быть визуализированы с различной степенью точности. Для этого мы используем разные механизмы визуализации, они и позволят нам получить различное качество, но выполняться будут, соответственно, с разной скоростью. Также в этом этапе важную роль играет быстродействие компьютера и параметры видеокарты.


1.5 Трассировка лучей и метод фотонных карт

Пожалуй, один из самых распространенных методов для построения реалистических изображений является трассировка лучей. При построении изображения луч посылается в заданном направлении, чтобы оценить приходящую оттуда световую энергию. Эта энергия определяется освещенностью первой поверхности, что выветрилась на пути луча.

Метод трассировки лучей позволяет получить нам неплохие результаты и рассчитывать отражение и преломление. Несмотря на его популярность и эффективность, мы имеем множество физических явлений, которые он реализует плохо или не реализует вовсе. Для примера, такие эффекты, как рассеивающие отражения (цветовой оттенок от комода из красного дерева на белом ковре) и сфокусированный свет (блики от воды на дне бассейна).
Метод фотонных карт — это расширение метода трассировки лучей, предлагающий решения для таких ситуаций. Расширение метода трассировки лучей использованием фотонных карт предоставляет нам метод, который способен эффективно симулировать все типы прямого и непрямого освещения. Более того, метод фотонных карт помогает нам учитывать влияние среды, в которой свет распространяется. Метод фотонных карт работает согласно следующему алгоритму: сначала из источников света испускаются фотоны, после этого происходит трассировка фотонов с последующим сохранением информации на фотонной карте.
После того, как фотон испущен, происходит начало его трассировки: отслеживание пути фотона через сцену. Если фотон сталкивается с объектом, то может быть отражен, поглощен или "пропущен". Что именно случится с ним, вычисляется вероятностно, судя по параметрам материала поверхности. Также при попадании на поверхность разных цветов результат должен быть различным. Для примера, если частица попала на зеленую рассеивающую поверхность, то будет отржаться только зеленая составляющая, а синяя и красная поглотятся.
В 3ds max мы используем оба метода: трассировка лучей по умолчанию и специальный визуализатор mental ray, который дополнен методом фотонных карт.
Несколько слов о терминологии в описании материалов, которая используется для визуализатора mental ray. Так, шейдером (shader) в mental ray мы называем алгоритм расчета того или иного конкретного простого свойства поверхности объекта. Сложное сочетание шейдеров, которые разносторонне описывают свойства поверхности объекта, в mental ray называют phenomena.