Übergabe ist der Prozess, ein Image von einem Modell zu erzeugen (oder Modelle darin, was insgesamt eine Szene-Datei genannt werden konnte), mittels Computerprogramme. Eine Szene-Datei enthält Gegenstände auf einer ausschließlich definierten Sprache oder Datenstruktur; es würde Geometrie, Gesichtspunkt, Textur, Beleuchtung und Schattierung der Information als eine Beschreibung der virtuellen Szene enthalten. Die in der Szene-Datei enthaltenen Daten werden dann zu einem Übergabe-Programm passiert, das zu bearbeiten ist und Produktion zu einem Digitalimage oder Rastergrafikbilddatei. Der Begriff "Übergabe" kann analog mit einer Übergabe eines "Künstlers" einer Szene sein. Obwohl sich die technischen Details, Methoden zu machen, ändern, werden die allgemeinen Herausforderungen, im Produzieren eines 2. Images von einer in einer Szene-Datei versorgten 3D-Darstellung zu siegen, als die Grafikrohrleitung entlang einem Übergabe-Gerät wie ein GPU entworfen. Ein GPU ist ein speziell angefertigtes Gerät, das fähig ist, einer Zentraleinheit beim Durchführen komplizierter Übergabe von Berechnungen zu helfen. Wenn eine Szene relativ realistisch und voraussagbar unter der virtuellen Beleuchtung aussehen soll, sollte die Übergabe-Software die Übergabe-Gleichung lösen. Die Übergabe-Gleichung ist für alle sich entzündenden Phänomene nicht verantwortlich, aber ist ein allgemeines sich entzündendes Modell für computererzeugte Bilder. 'Übergabe' wird auch verwendet, um den Prozess zu beschreiben, Effekten in einer Videoredigieren-Datei zu berechnen, um Endvideoproduktion zu erzeugen.

Übergabe ist eines der Hauptsubthemen der 3D-Computergrafik, und in der Praxis immer verbunden mit anderen. In der Grafikrohrleitung ist es der letzte Hauptschritt, das Endäußere den Modellen und dem Zeichentrickfilm gebend. Mit der zunehmenden Kultiviertheit der Computergrafik seit den 1970er Jahren ist es ein verschiedeneres Thema geworden.

Übergabe hat Nutzen in Architektur, Videospielen, Simulatoren, Film oder Fernsehen Seheffekten und Designvergegenwärtigung, jeder, ein verschiedenes Gleichgewicht von Eigenschaften und Techniken verwendend. Als ein Produkt ist ein großes Angebot an renderers verfügbar. Einige werden in größere Modellieren- und Zeichentrickfilm-Pakete integriert, einige sind eigenständig, einige sind freie Projekte der offenen Quelle. Auf dem Inneren ist ein renderer ein sorgfältig konstruiertes Programm, das auf einer auswählenden Mischung von Disziplinen gestützt ist, die verbunden sind mit: leichte Physik, Sehwahrnehmung, Mathematik und Softwareentwicklung.

Im Fall von der 3D-Grafik kann Übergabe langsam, als in der Vorübergabe, oder in Realtime getan werden. Vorübergabe ist ein rechenbetont intensiver Prozess, der normalerweise für die Filmentwicklung verwendet wird, während Echtzeitübergabe häufig für 3D-Videospiele getan wird, die sich auf den Gebrauch von Grafikkarten mit 3D-Hardware-Gaspedalen verlassen.

Gebrauch

Wenn das Vorimage (eine wireframe Skizze gewöhnlich) abgeschlossen ist, wird Übergabe verwendet, der in bitmap Texturen beiträgt oder Verfahrenstexturen, Lichter, stoßen kartografisch darzustellen, und Verhältnisposition zu anderen Gegenständen. Das Ergebnis ist ein vollendetes Image, das der Verbraucher oder beabsichtigte Zuschauer sehen.

Für Filmzeichentrickfilme müssen mehrere Images (Rahmen) gemacht, und zusammen in einem Programm genäht werden, das dazu fähig ist, einen Zeichentrickfilm dieser Sorte zu machen. Die meisten 3D-Bildredigieren-Programme können das tun.

Eigenschaften

Ein gemachtes Image kann in Bezug auf mehrere sichtbare Eigenschaften verstanden werden. Die Übergabe der Forschung und Entwicklung ist durch die Entdeckung von Weisen größtenteils motiviert worden, diese effizient vorzutäuschen. Einige beziehen sich direkt auf besondere Algorithmen und Techniken, während andere zusammen erzeugt werden.

• die Schattierung - wie sich die Farbe und Helligkeit einer Oberfläche mit der Beleuchtung ändern
• Textur kartografisch darstellender - eine Methode, Detail auf Oberflächen anzuwenden
• Beule kartografisch darstellender - eine Methode, kleine Unebenheit auf Oberflächen vorzutäuschen
• Fogging/participating-Medium - wie sich leicht verdunkelt, wenn man nichtklare Atmosphäre oder Luft durchführt
• Schatten - die Wirkung, Licht zu versperren
• weiche Schatten - unterschiedliche Dunkelheit, die von teilweise verdunkelten leichten Quellen verursacht ist
• Nachdenken - spiegelähnliches oder hoch glänzendes Nachdenken
• Durchsichtigkeit (Optik), Durchsichtigkeit (Grafik) oder Undurchsichtigkeit - scharfe Übertragung des Lichtes durch feste Gegenstände
• translucency - hoch gestreute Übertragung des Lichtes durch feste Gegenstände
• Brechung - das Verbiegen des Lichtes hat mit der Durchsichtigkeit verkehrt
• Beugung - das Verbiegen, das Verbreiten und die Einmischung des Lichtes, das an einem Gegenstand oder Öffnung vorbeigeht, die den Strahl stört
• indirekte Beleuchtung - durch das Licht illuminierte Oberflächen haben von anderen Oberflächen, aber nicht direkt von einer leichten Quelle (auch bekannt als globale Beleuchtung) nachgedacht
• Ätzmittel (eine Form der indirekten Beleuchtung) - Nachdenken des Lichtes von einem glänzenden Gegenstand oder Fokussierung des Lichtes durch einen durchsichtigen Gegenstand, um helle Höhepunkte auf einem anderen Gegenstand zu erzeugen
• die Tiefe des Feldes - Gegenstände scheint verschwommen oder unscharf wenn zu weit vor oder hinter dem Gegenstand im Fokus
• Bewegungsmakel - Gegenstände scheinen verschwommen wegen der Hochleistungsbewegung oder der Bewegung der Kamera
• nichtphotorealistische Übergabe - Übergabe von Szenen in einem künstlerischen Stil, beabsichtigt, um wie eine Malerei oder Zeichnung auszusehen

Techniken

Viele Übergabe-Algorithmen sind erforscht worden, und für die Übergabe verwendete Software kann mehrere verschiedene Techniken verwenden, um ein Endimage zu erhalten.

Die Nachforschung jeder Partikel des Lichtes in einer Szene ist fast immer völlig unpraktisch und würde eine erstaunliche Zeitdauer nehmen. Sogar die Nachforschung eines Teils, der groß genug ist, um ein Image zu erzeugen, nimmt eine unmäßige Zeitdauer, wenn die Stichprobenerhebung nicht intelligent eingeschränkt wird.

Deshalb sind vier lose Familien mehr - effiziente leichte Transportmodellieren-Techniken erschienen: Rasterization, einschließlich der Scanline-Übergabe, plant geometrisch Gegenstände in der Szene zu einem Bildflugzeug ohne fortgeschrittene optische Effekten; Strahl-Gussteil denkt die Szene, wie beobachtet, aus einem spezifischen Gesichtspunkt, das beobachtete Image gestützt nur auf der Geometrie und den sehr grundlegenden optischen Gesetzen der Nachdenken-Intensität, und vielleicht mit Techniken von Monte Carlo berechnend, um Kunsterzeugnisse zu reduzieren; und Strahlenaufzeichnung ist dem Strahl-Gussteil ähnlich, aber verwendet fortgeschrittenere optische Simulation, und verwendet gewöhnlich Techniken von Monte Carlo, um realistischere Ergebnisse mit einer Geschwindigkeit zu erhalten, die häufig Größenordnungen langsamer ist. Der vierte Typ der leichten Transporttechnik, radiosity wird als eine Übergabe-Technik nicht gewöhnlich durchgeführt, aber berechnet stattdessen den Durchgang des Lichtes, weil es die leichte Quelle verlässt und Oberflächen illuminiert. Diese Oberflächen werden gewöhnlich zur Anzeige mit einer der anderen drei Techniken gemacht.

Der grösste Teil fortgeschrittenen Software verbindet zwei oder mehr der Techniken, um gute genug Ergebnisse an angemessenen Kosten zu erhalten.

Eine andere Unterscheidung ist zwischen Bildordnungsalgorithmen, die über Pixel des Bildflugzeugs und Gegenstand-Ordnungsalgorithmen wiederholen, die über Gegenstände in der Szene wiederholen. Allgemein ist Gegenstand-Ordnung effizienter, weil es gewöhnlich weniger Gegenstände in einer Szene gibt als Pixel.

Übergabe von Scanline und rasterisation

Eine Darstellung auf höchster Ebene eines Images enthält notwendigerweise Elemente in einem verschiedenen Gebiet von Pixeln. Diese Elemente werden Primitive genannt. In einer schematischen Zeichnung, zum Beispiel, könnten Liniensegmente und Kurven Primitive sein. In einer grafischen Benutzerschnittstelle könnten Fenster und Knöpfe die Primitiven sein. In der Übergabe von 3D-Modellen könnten Dreiecke und Vielecke im Raum Primitive sein.

Wenn sich ein Pixel-für-Pixel-(Bildordnung) der Übergabe nähert, ist unpraktisch oder für eine Aufgabe zu langsam, dann nähert sich ein primitiver-durch-primitiv (Gegenstand-Ordnung) der Übergabe kann sich nützlich erweisen. Hier, Schleifen durch jeden der Primitiven, bestimmt, welche Pixel im Image er betrifft, und jene Pixel entsprechend modifiziert. Das wird rasterization genannt, und ist die durch alle aktuellen Grafikkarten verwendete Übergabe-Methode.

Rasterization ist oft schneller als Pixel-für-Pixel-Übergabe. Erstens können große Gebiete des Images von Primitiven leer sein; rasterization wird diese Gebiete ignorieren, aber Pixel-für-Pixel-Übergabe muss sie durchführen. Zweitens kann rasterization Kohärenz des geheimen Lagers verbessern und überflüssige Arbeit durch das Ausnutzen die Tatsache reduzieren, dass die durch einen einzelnen Primitiven besetzten Pixel dazu neigen, im Image aneinander grenzend zu sein. Aus diesen Gründen ist rasterization gewöhnlich die Annäherung der Wahl, wenn interaktive Übergabe erforderlich ist; jedoch kann die Pixel-für-Pixel-Annäherung häufig Images der höheren Qualität erzeugen und ist mehr vielseitig, weil sie von so vielen Annahmen über das Image nicht abhängt wie rasterization.

Die ältere Form von rasterization wird durch die Übergabe eines kompletten als eine einzelne Farbe (primitiven) Gesichtes charakterisiert. Wechselweise kann rasterization auf eine mehr komplizierte Weise durch die erste Übergabe der Scheitelpunkte eines Gesichtes und dann Übergabe der Pixel dieses Gesichtes als ein Mischen der Scheitelpunkt-Farben getan werden. Diese Version von rasterization hat die alte Methode eingeholt, weil es der Grafik erlaubt, ohne komplizierte Texturen zu fließen (ein rasterized Image, wenn das verwendete Gesicht durch das Gesicht dazu neigt, eine sehr einem Block ähnliche Wirkung wenn nicht bedeckt in komplizierten Texturen zu haben; die Gesichter sind nicht glatt, weil es keinen allmählichen Farbwechsel von einem Primitivem bis das folgende gibt). Diese neuere Methode von rasterization verwertet die allmählich übergehenden mehr Steuerfunktionen der Grafikkarte und erreicht noch bessere Leistung, weil die einfacheren im Gedächtnis versorgten Texturen weniger Raum verwenden. Manchmal werden Entwerfer eine rasterization Methode auf einigen Gesichtern und die andere Methode auf anderen verwenden, die auf dem Winkel gestützt sind, in dem dieses Gesicht andere angeschlossene Gesichter entspricht, so Geschwindigkeit vergrößernd und die gesamte Wirkung nicht verletzend.

Strahl-Gussteil

Im Strahl, die Geometrie werfend, die modelliert worden ist, ist grammatisch analysiertes Pixel durch das Pixel, Linie durch die Linie, aus dem Gesichtspunkt äußer, als ob Strahlen aus dem Gesichtspunkt werfend. Wo ein Gegenstand durchgeschnitten wird, kann der Farbenwert am Punkt mit mehreren Methoden bewertet werden. Im einfachsten wird der Farbenwert des Gegenstands am Punkt der Kreuzung der Wert dieses Pixels. Die Farbe kann aus einer Textur-Karte bestimmt werden. Eine hoch entwickeltere Methode ist, den Farbenwert durch einen Beleuchtungsfaktor zu modifizieren, aber ohne die Beziehung zu einer vorgetäuschten leichten Quelle zu berechnen. Um Kunsterzeugnisse zu reduzieren, können mehrere Strahlen in ein bisschen verschiedenen Richtungen durchschnittlich sein.

Raue Simulationen von optischen Eigenschaften können zusätzlich verwendet werden: Eine einfache Berechnung des Strahls vom Gegenstand bis den Gesichtspunkt wird gemacht. Eine andere Berechnung wird aus dem Einfallswinkel von leichten Strahlen von der leichten Quelle (N), und von diesen sowie den angegebenen Intensitäten der leichten Quellen gemacht, der Wert des Pixels wird berechnet. Eine andere Simulation verwendet Beleuchtung, die von einem radiosity Algorithmus oder einer Kombination dieser zwei geplant ist.

Raycasting wird in erster Linie für Echtzeitsimulationen, wie diejenigen verwendet, die in 3D-Computerspielen und Cartoon-Zeichentrickfilmen verwendet sind, wo Detail nicht wichtig ist, oder wo es effizienter ist, die Details manuell zu fälschen, um bessere Leistung in der rechenbetonten Bühne zu erhalten. Das ist gewöhnlich der Fall, wenn eine Vielzahl von Rahmen belebt werden muss. Die resultierenden Oberflächen haben ein charakteristisches 'flaches' Äußeres, wenn keine zusätzlichen Tricks verwendet werden, als ob Gegenstände in der Szene alle mit dem Matte-Schluss gemalt wurden.

Strahlenaufzeichnung

Strahlenaufzeichnung hat zum Ziel, den natürlichen Fluss des Lichtes vorzutäuschen, das als Partikeln interpretiert ist. Häufig werden Strahlenaufzeichnungsmethoden verwertet, um der Lösung der Übergabe-Gleichung durch die Verwendung von Methoden von Monte Carlo darauf näher zu kommen. Einige der am meisten verwendeten Methoden sind Pfad-Nachforschung, Bidirektionale Pfad-Nachforschung oder Metropole-Licht-Transport, sondern auch realistische Halbmethoden sind im Gebrauch, wie Whitted Stil-Strahlenaufzeichnung oder Hybriden. Während die meisten Durchführungen Licht sich auf Geraden fortpflanzen lassen, bestehen Anwendungen, um relativistische Raum-Zeit-Effekten vorzutäuschen.

In einer, Endproduktionsqualitätsübergabe der verfolgten Arbeit eines Strahls werden vielfache Strahlen allgemein für jedes Pixel geschossen, und nicht nur zum ersten Gegenstand der Kreuzung, aber eher durch mehrere folgende 'Schläge' verfolgt, das Verwenden der bekannten Gesetze der Optik wie "Einfallswinkel kommt Winkel des Nachdenkens" und der fortgeschritteneren Gesetze gleich, die sich mit Brechung und Oberflächenrauheit befassen.

Sobald der Strahl entweder auf eine leichte Quelle, oder wahrscheinlicher stößt, sobald eine Satz-Begrenzungszahl von Schlägen, dann die Oberflächenbeleuchtung bewertet worden ist, an der Endpunkt mit Techniken bewertet wird, die oben, und die Änderungen entlang dem Weg durch die verschiedenen Schläge beschrieben sind, die bewertet sind, um einen auf den Gesichtspunkt beobachteten Wert zu schätzen. Das wird alles für jede Probe für jedes Pixel wiederholt.

In der Vertriebsstrahlenaufzeichnung, an jedem Punkt der Kreuzung, können vielfache Strahlen erzeugt werden. In der Pfad-Nachforschung, jedoch, werden nur ein einzelne Strahl oder niemand an jeder Kreuzung angezündet, die statistische Natur von Experimenten von Monte Carlo verwertend.

Als eine Methode der rohen Gewalt ist Strahlenaufzeichnung zu langsam gewesen, um für den schritthaltenden, und bis neulich zu langsam zu denken, sogar für kurze Filme jedes Grads der Qualität in Betracht zu ziehen, obwohl es für spezielle Effekten-Folgen, und in der Werbung verwendet worden ist, wo ein kurzer Teil der hohen Qualität (vielleicht sogar photorealistisch) Gesamtlänge erforderlich ist.

Jedoch haben Anstrengungen bei der Optimierung, um die Anzahl von Berechnungen zu vermindern, in Teilen einer Arbeit gebraucht, wo Detail nicht hoch ist oder von Strahlenaufzeichnungseigenschaften nicht abhängt, haben zu einer realistischen Möglichkeit des breiteren Gebrauches der Strahlenaufzeichnung geführt. Es gibt jetzt beschleunigte Strahlenaufzeichnungsausrüstung einer Hardware, mindestens in der Prototyp-Phase, und einige Spieldemos, die Gebrauch der Echtzeitsoftware oder Hardware-Strahlenaufzeichnung zeigen.

Radiosity

Radiosity ist eine Methode, die versucht, den Weg vorzutäuschen, auf den direkt illuminierte Oberflächen als indirekte leichte Quellen handeln, die andere Oberflächen illuminieren. Das erzeugt realistischere Schattierung und scheint, das 'Ambiente' einer Innenszene besser zu gewinnen. Ein klassisches Beispiel ist die Weise, wie Schatten die Ecken von Zimmern 'umarmen'.

Die optische Basis der Simulation ist, dass ein ausgegossenes Licht von einem gegebenen Punkt auf einer gegebenen Oberfläche in einem großen Spektrum von Richtungen widerspiegelt wird und das Gebiet darum illuminiert.

Die Simulierungstechnik kann sich in der Kompliziertheit ändern. Viele Übergabe hat sehr Überschlagsrechnung von radiosity, einfach eine komplette Szene sehr ein bisschen mit einem als Ambiente bekannten Faktor illuminierend. Jedoch, wenn vorgebracht, radiosity Bewertung wird mit einer hohen Qualitätsstrahlenaufzeichnung algorithim verbunden, Images können überzeugenden Realismus besonders für Innenszenen ausstellen.

In der fortgeschrittenen radiosity Simulation, rekursiv, 'drängen' Algorithmen des begrenzten Elements Licht hin und her zwischen Oberflächen im Modell, bis etwas Recursion-Grenze erreicht wird. Das Färben einer Oberfläche beeinflusst auf diese Weise das Färben einer benachbarten Oberfläche, und umgekehrt. Die resultierenden Werte der Beleuchtung überall im Modell (manchmal einschließlich für leere Räume) werden versorgt und als zusätzliche Eingänge verwendet, wenn man Berechnungen in einem Strahl-Gussteil oder Strahlenaufzeichnungsmodell durchführt.

Wegen der wiederholenden/rekursiven Natur der Technik sind komplizierte Gegenstände besonders langsam, um wettzueifern. Vor der Standardisierung der schnellen radiosity Berechnung haben einige grafische Künstler eine Technik verwendet, die auf lose als falscher radiosity verwiesen ist, indem sie Gebiete von Textur-Karten entsprechend Ecken, Gelenken und Unterbrechungen dunkel macht, und sie über die Selbstbeleuchtung anwendet oder für die Scanline-Übergabe weitschweifig kartografisch darzustellen. Sogar jetzt können fortgeschrittene radiosity Berechnungen vorbestellt werden, für das Ambiente des Zimmers, vom leichten Reflektieren von Wänden, Fußboden und Decke zu berechnen, ohne den Beitrag zu untersuchen, den komplizierte Gegenstände zum radiosity leisten — oder komplizierte Gegenstände in der radiosity Berechnung mit einfacheren Gegenständen der ähnlichen Größe und Textur ersetzt werden können.

Berechnungen von Radiosity sind unabhängiger Gesichtspunkt, der die Berechnung beteiligt vergrößert, aber sie nützlich für alle Gesichtspunkte macht. Wenn es wenig Neuordnung von Radiosity-Gegenständen in der Szene gibt, können dieselben radiosity Daten für mehrere Rahmen wiederverwendet werden, radiosity eine wirksame Weise machend, die Flachheit des Strahl-Gussteiles zu übertreffen, ohne die gesamte Übergabe-Zeit pro Rahmen ernstlich zusammenzupressen.

Wegen dessen ist radiosity ein Hauptbestandteil, Echtzeitübergabe-Methoden zu führen, und ist von Anfang bis zum Ende verwendet worden, um eine Vielzahl von wohl bekannten neuen abendfüllenden belebten Filmen des 3D-Cartoons zu schaffen.

Stichprobenerhebung und Entstörung

Ein Problem, mit dem sich jedes Übergabe-System befassen muss, macht dir nichts aus der Annäherung es nimmt, ist das ausfallende Problem. Im Wesentlichen versucht der Übergabe-Prozess, eine dauernde Funktion vom Bildraum bis Farben durch das Verwenden einer begrenzten Zahl von Pixeln zu zeichnen. Demzufolge des Abtasttheorems von Nyquist-Shannon muss jede Raumwellenform, die gezeigt werden kann, aus mindestens zwei Pixeln bestehen, der zur Bildentschlossenheit proportional ist. In einfacheren Begriffen drückt das die Idee aus, dass ein Image Details, Spitzen oder Tröge in der Farbe oder Intensität nicht zeigen kann, die kleiner sind als ein Pixel.

Wenn ein naiver Übergabe-Algorithmus ohne eine Entstörung verwendet wird, werden hohe Frequenzen in der Bildfunktion hässlichen aliasing veranlassen, im Endimage da zu sein. Aliasing äußert sich normalerweise als jaggies, oder ausgezackte Ränder auf Gegenständen, wo der Pixel-Bratrost sichtbar ist. Um aliasing, alle Übergabe-Algorithmen zu entfernen (wenn sie gut aussehende Images erzeugen sollen), muss eine Art Filter des niedrigen Passes auf der Bildfunktion verwenden, hohe Frequenzen, ein Prozess genannt Antialiasing zu entfernen.

Optimierung

Von einem Künstler verwendete Optimierungen, wenn eine Szene entwickelt wird

Wegen der Vielzahl von Berechnungen wird eine Arbeit gewöhnlich nur im Gange im Detail passend zum Teil der Arbeit gemacht, die zu einem festgelegten Zeitpunkt wird entwickelt, so in den anfänglichen Stufen des Modellierens kann wireframe und Strahl-Gussteiles verwendet werden, sogar dort, wo die Zielproduktion Strahlenaufzeichnung mit radiosity ist. Es ist auch üblich, nur Teile der Szene am hohen Detail zu machen, und Gegenstände zu entfernen, die dafür nicht wichtig sind, was zurzeit entwickelt wird.

Allgemeine Optimierungen für die Echtzeitübergabe

Für den schritthaltenden ist es passend, ein oder allgemeinere Annäherungen zu vereinfachen, und zu den genauen Rahmen der fraglichen Landschaft zu stimmen, die auch auf die abgestimmten Rahmen abgestimmt wird, um den grössten Teil des 'Schlags für den Dollar' zu bekommen.

Akademischer Kern

Die Durchführung eines realistischen renderer hat immer ein Grundelement der physischen Simulation oder des Wetteifers - etwas Berechnung, die ähnelt oder einen echten physischen Prozess abstrahiert.

Der Begriff "physisch zeigt basierter" den Gebrauch von physischen Modellen und die Annäherungen an, die allgemeiner sind und weit Außenübergabe akzeptiert haben. Ein besonderer Satz von zusammenhängenden Techniken ist feststehend in der Übergabe-Gemeinschaft allmählich geworden.

Die grundlegenden Konzepte sind gemäßigt aufrichtig, aber unnachgiebig, um zu rechnen; und ein einzelner eleganter Algorithmus oder Annäherung sind zum allgemeineren Zweck renderers schwer erfassbar gewesen. Um Nachfragen der Robustheit, Genauigkeit und Nützlichkeit zu befriedigen, wird eine Durchführung eine komplizierte Kombination von verschiedenen Techniken sein.

Übergabe der Forschung ist sowohl mit der Anpassung von wissenschaftlichen Modellen als auch mit ihrer effizienten Anwendung beschäftigt.

Die Übergabe-Gleichung

Das ist der Schlüssel akademisches/theoretisches Konzept in der Übergabe. Es dient als der abstrakteste formelle Ausdruck des non-perceptual Aspekts der Übergabe. Alle mehr ganzen Algorithmen können als Lösungen besonderer Formulierungen dieser Gleichung gesehen werden.

:

Bedeutung: An einer besonderen Position und Richtung ist das aus dem Amt schieden Licht (L) die Summe des ausgestrahlten Lichtes (L) und des widerspiegelten Lichtes. Das widerspiegelte Licht, das die Summe des eingehenden Lichtes (L) von allen Richtungen ist, die mit dem Oberflächennachdenken und eingehenden Winkel multipliziert sind. Durch das Anschließen äußeren Lichtes mit dem innerlichen Licht, über einen Wechselwirkungspunkt, tritt diese Gleichung für den ganzen 'leichten Transport' - die ganze Bewegung des Lichtes — in einer Szene ein.

Die bidirektionale reflectance Vertriebsfunktion

Die bidirektionale reflectance Vertriebsfunktion (BRDF) drückt ein einfaches Modell der leichten Wechselwirkung mit einer Oberfläche wie folgt aus:

:

Leichter Wechselwirkung wird häufig durch die noch einfacheren Modelle näher gekommen: Weitschweifiges Nachdenken und spiegelndes Nachdenken, obwohl beide BRDFs sein können.

Geometrische Optik

Übergabe ist praktisch exklusiv mit dem Partikel-Aspekt der leichten Physik - bekannt als geometrische Optik beschäftigt. Das Behandeln des Lichtes, an seinem grundlegenden Niveau, als Partikeln, die ringsherum springen, ist eine Vereinfachung, aber passend: Die Welle-Aspekte des Lichtes sind in den meisten Szenen unwesentlich und sind bedeutsam schwieriger vorzutäuschen. Bemerkenswerte Welle-Aspekt-Phänomene schließen Beugung (wie gesehen, in den Farben von CDs und DVDs) und Polarisation (wie gesehen, in LCDs) ein. Beide Typen der Wirkung werden wenn erforderlich durch die Äußer-orientierte Anpassung des Nachdenken-Modells gemacht.

Sehwahrnehmung

Obwohl es weniger Aufmerksamkeit erhält, ist ein Verstehen der menschlichen Sehwahrnehmung zur Übergabe wertvoll. Das ist hauptsächlich, weil Bildanzeigen und menschliche Wahrnehmung Reihen eingeschränkt haben. Ein renderer kann eine fast unendliche Reihe der leichten Helligkeit und Farbe vortäuschen, aber aktuelle Anzeigen - Filmschirm, Computermonitor, usw. - können so viel nicht behandeln, und etwas muss verworfen oder zusammengepresst werden. Menschliche Wahrnehmung hat auch Grenzen, und braucht Images der großen Reihe so nicht gegeben zu werden, um Realismus zu schaffen. Das kann helfen, das Problem zu beheben, Images Anzeigen einzubauen, und außerdem anzudeuten, welche Abkürzungen in der Übergabe-Simulation verwendet werden konnten, da bestimmte Subtilität nicht bemerkenswert sein wird. Dieses zusammenhängende Thema ist kartografisch darstellender Ton.

In der Übergabe verwendete Mathematik schließt ein: geradlinige Algebra, Rechnung, numerische Mathematik, Signalverarbeitung und Methoden von Monte Carlo.

Die Übergabe für das Kino findet häufig in einem Netz dicht verbundener als eine machen Farm bekannter Computer statt.

Der aktuelle Stand der Technik in der 3. Bildbeschreibung für die Filmentwicklung ist die geistige Strahl-Szene-Beschreibungssprache, die an geistigen Images und RenderMan entworfen ist, der an Pixar entworfene Sprache beschattet. (vergleichen Sie sich mit einfacherem 3D fileformats wie VRML oder APIs wie OpenGL und DirectX, der für 3D-Hardware-Gaspedale geschneidert ist).

Anderer renderers (einschließlich Eigentums-) kann und manchmal verwendet werden, aber die meisten anderen renderers neigen dazu, ein oder mehr von den häufig erforderlichen Eigenschaften wie gute Textur-Entstörung, das Textur-Verstecken, programmierbarer shaders, highend Geometrie-Typen wie Haar, Unterteilung oder Nurbs-Oberflächen mit tesselation auf Verlangen, dem Geometrie-Verstecken, raytracing mit Geometrie-Verstecken zu fehlen, Geschwindigkeit oder Durchführungen ohne Patente hoch Qualität Schatten kartografisch darzustellen. Andere hoch gesuchte Eigenschaften an diesen Tagen können IPR und Hardware-Übergabe/Schattierung einschließen.

Chronologie von wichtigen veröffentlichten Ideen

• 1968 Ray, der sich (Appel, A. (1968) wirft. Einige Techniken, um Maschinenübergabe von Festkörpern zu beschatten. Verhandlungen der Gemeinsamen Frühlingscomputerkonferenz 32, 37-49.)
• 1970 Übergabe von Scanline (Bouknight, W. J. (1970). Ein Verfahren für die Generation von dreidimensionalen Halbtoncomputergrafik-Präsentationen. Kommunikationen des ACM 13 (9), 527-536
• 1971 Schattierung von Gouraud (Gouraud, H. (1971). Dauernde Schattierung von gekrümmten Oberflächen. IEEE Transaktionen auf Computern 20 (6), 623-629.)
• 1974-Textur kartografisch darstellend (Catmull, E. (1974). Ein Unterteilungsalgorithmus für die Computeranzeige von gekrümmten Oberflächen. Doktorarbeit, Universität Utahs.)
• 1974-Z-Pufferung (Catmull, E. (1974). Ein Unterteilungsalgorithmus für die Computeranzeige von gekrümmten Oberflächen. Doktorarbeit)
• 1975 Schattierung von Phong (Phong, B-T. (1975). Die Beleuchtung für den Computer hat Bilder erzeugt. Kommunikationen des ACM 18 (6), 311-316.)
• 1976-Umgebung kartografisch darstellend (Blinn, J.F. Newell, M.E. (1976). Textur und Nachdenken im Computer haben Images erzeugt. Kommunikationen des ACM 19, 542-546.)
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• 1980 BSP Bäume (Fuchs, H., Kedem, Z.M. Naylor, B.F. (1980). Auf der sichtbaren Oberflächengeneration durch a priori Baumstrukturen. Computergrafik (Verhandlungen von SIGGRAPH 1980) 14 (3), 124-133.)
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• 1986-Übergabe-Gleichung (Kajiya, J. (1986). Die Übergabe-Gleichung. Computergrafik (Verhandlungen von SIGGRAPH 1986) 20 (4), 143-150.)
• 1987 Reyes, der (Koch, R.L., Zimmermann, L., Catmull, E. (1987) macht. Die Bildübergabe-Architektur von Reyes. Computergrafik (Verhandlungen von SIGGRAPH 1987) 21 (4), 95-102.)
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• 1993-Ton kartografisch darstellend (Tumblin, J., Rushmeier, H.E. (1993). Die Ton-Fortpflanzung für den realistischen Computer hat Images erzeugt. IEEE Computer Graphics & Applications 13 (6), 42-48.)
• 1993-Untergrund, der sich (Hanrahan, P., Krueger, W. (1993) zerstreut. Das Nachdenken von layered erscheint wegen des unterirdischen Zerstreuens. Computergrafik (Verhandlungen von SIGGRAPH 1993) 27 , 165-174.)
• 1995-Foton kartografisch darstellend (Jensen, H.W. Christensen, N.J. (1995). Foton stellt in bidirektionalem monte carlo Strahlenaufzeichnung von komplizierten Gegenständen kartografisch dar. Computer & Grafik 19 (2), 215-224.)
• 1997-Metropole-Licht-Transport (Veach, E., Guibas, L. (1997). Metropole-Licht-Transport. Computergrafik (Verhandlungen von SIGGRAPH 1997) 16 65-76.)
• 1997-Moment Radiosity (Keller, A. (1997). Sofortiger Radiosity. Computergrafik (Verhandlungen von SIGGRAPH 1997) 24, 49-56.)
• 2002 Vorgeschätzte Strahlen-Übertragung (Sloan, P., Kautz, J., Snyder, J. (2002). Vorgeschätzte Strahlen-Übertragung für die Echtzeitübergabe in Dynamischen, Niedrigen Frequenzbeleuchtungsumgebungen. Computergrafik (Verhandlungen von SIGGRAPH 2002) 29, 527-536.)

Siehe auch

• 2. Computergrafik
• 3D-Übergabe
• Architektonische Übergabe
• Globale Beleuchtung
• Grafikrohrleitung
• Hohe dynamische Reihe, die macht
• Das bildbasierte Modellieren und die Übergabe
• Nichtphotorealistische Übergabe
• Der Algorithmus des Malers
• Vorgemachter
• Rasterbildverarbeiter
• Radiosity
• Strahlenaufzeichnung
• Reyes
• Software, die macht
• Algorithmus von Scanline rendering/Scanline
• Unvoreingenommene Übergabe
• Vektor-Grafik
• VirtualGL
• Virtuelles Modell
• Virtuelles Studio
• Volumen, das macht
• Z-Pufferalgorithmen

Bücher und Zusammenfassungen

• Pharr; Humphreys (2004). Physisch Gestützte Übergabe. Morgan Kaufmann. Internationale Standardbuchnummer 0 12 553180 X.
• Shirley; Morley (2003). Realistische Strahlenaufzeichnung (2. Hrsg.). AK Peters. Internationale Standardbuchnummer 1-56881-198-5.
• Dutre; Bala; Bekaert (2002). Fortgeschrittene Globale Beleuchtung. AK Peters. Internationale Standardbuchnummer 1-56881-177-2.
• Akenine-Moller; Haines (2002). Echtzeitübergabe (2. Hrsg.). AK Peters. Internationale Standardbuchnummer 1-56881-182-9.
• Strothotte; Schlechtweg (2002). Nichtphotorealistische Computergrafik. Morgan Kaufmann. Internationale Standardbuchnummer 1-55860-787-0.
• Gooch; Gooch (2001). Nichtphotorealistische Übergabe. AKPeters. Internationale Standardbuchnummer 1-56881-133-0.
• Jensen (2001). Realistische Bildsynthese mit dem Kartografisch darstellenden Foton. AK Peters. Internationale Standardbuchnummer 1-56881-147-0.
• Blinn (1996). Jim Blinns Corner - Eine Reise Unten Die Grafikrohrleitung. Morgan Kaufmann. Internationale Standardbuchnummer 1-55860-387-5.
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• Beschreibung des 'Strahlen'-Systems

Außenverbindungen

• SIGGRAPH Die ACMs spezielle Interesse-Gruppe in der Grafik - die größte akademische und berufliche Vereinigung und Konferenz.
• http://www.cs.brown.edu/~tor/ Liste von Verbindungen zu (neuen) siggraph Papieren (und einige andere) im Web.
• Nachrichten, Definitionen und Philosophien auf der 3D-Übergabe