In der Computergrafik ist kartografisch darstellendes Foton ein globaler Zwei-Pässe-Beleuchtungsalgorithmus, der von Henrik Wann Jensen entwickelt ist, der die Übergabe-Gleichung löst. Strahlen von der leichten Quelle und Strahlen von der Kamera werden unabhängig verfolgt, bis einem Beendigungskriterium entsprochen wird, dann werden sie in einem zweiten Schritt verbunden, einen Strahlen-Wert zu erzeugen. Es wird verwendet, um die Wechselwirkung des Lichtes mit verschiedenen Gegenständen realistisch vorzutäuschen. Spezifisch ist es dazu fähig, die Brechung des Lichtes durch eine durchsichtige Substanz wie Glas oder Wasser, weitschweifiges Zwischennachdenken zwischen beleuchteten Gegenständen, die unterirdische Lichtstreuung in lichtdurchlässigen Materialien, und einige der Effekten vorzutäuschen, die durch die particulate Sache wie Rauch oder Wasserdampf verursacht sind. Es kann auch zu genaueren Simulationen des Lichtes wie geisterhafte Übergabe erweitert werden.

Verschieden von der Pfad-Nachforschung, der bidirektionalen Pfad-Nachforschung und dem Metropole-Licht-Transport, ist kartografisch darstellendes Foton ein "voreingenommener" Übergabe-Algorithmus, was bedeutet, dass Mittelwertbildung von vielen das Verwenden dieser Methode macht, läuft zu einer richtigen Lösung der Übergabe-Gleichung nicht zusammen. Jedoch, da es eine konsequente Methode ist, kann eine richtige Lösung durch das Steigern der Zahl von Fotonen erreicht werden.

Effekten

Ätzmittel

Licht gebrochene oder widerspiegelte Ursache-Muster hat Ätzmittel, gewöhnlich sichtbar als konzentrierte Flecke des Lichtes auf nahe gelegene Oberflächen genannt. Zum Beispiel, weil leichte Strahlen ein Wein-Glas durchführen, das auf einem Tisch sitzt, werden sie gebrochen, und Muster des Lichtes sind auf dem Tisch sichtbar. Kartografisch darstellendes Foton kann die Pfade von individuellen Fotonen verfolgen, um zu modellieren, wo diese konzentrierten Flecke des Lichtes erscheinen werden.

Weitschweifiges Zwischennachdenken

Weitschweifiges Zwischennachdenken ist offenbar, wenn das Licht von einem weitschweifigem Gegenstand auf einen anderen widerspiegelt wird. Kartografisch darstellendes Foton ist im Berühren dieser Wirkung besonders geschickt, weil der Algorithmus Fotonen von einer Oberfläche bis einen anderen widerspiegelt, der auf der bidirektionalen reflectance Vertriebsfunktion (BRDF) dieser Oberfläche, und so Licht von einem Gegenstand gestützt ist, der schlägt, dass ein anderer ein natürliches Ergebnis der Methode ist. Weitschweifiges Zwischennachdenken wurde zuerst mit radiosity Lösungen modelliert. Kartografisch darstellendes Foton unterscheidet sich obwohl, in dem es den leichten Transport von der Natur der Geometrie in der Szene trennt. Farbe verblutet ist ein Beispiel des weitschweifigen Zwischennachdenkens.

Das unterirdische Zerstreuen

Das unterirdische Zerstreuen ist die offensichtliche Wirkung, wenn Licht in ein Material eingeht und gestreut, bevor es absorbiert wird, oder in einer verschiedenen Richtung widerspiegelt wird. Das unterirdische Zerstreuen kann mit dem kartografisch darstellenden Foton genau modelliert werden. Das war die ursprüngliche Weise, wie Jensen es durchgeführt hat; jedoch wird die Methode langsam, um Materialien hoch zu streuen, und bidirektionale Oberfläche, die sich reflectance Vertriebsfunktionen (BSSRDFs) zerstreut, ist in diesen Situationen effizienter.

Gebrauch

Aufbau der Foton-Karte (1. Pass)

Mit dem Foton haben kartografisch darstellende, leichte Pakete gerufen Fotonen werden in die Szene von den leichten Quellen verbreitet. Wann auch immer sich ein Foton mit einer Oberfläche schneidet, werden der Kreuzungspunkt und die eingehende Richtung in einem geheimen Lager genannt die Foton-Karte versorgt. Gewöhnlich werden zwei Foton-Karten für eine Szene geschaffen: ein besonders für Ätzmittel und ein globales für anderes Licht. Nach dem Schneiden der Oberfläche, einer Wahrscheinlichkeit entweder für das Reflektieren, Aufsaugen oder für Übertragen/Brechen wird durch das Material gegeben. Eine Methode von Monte Carlo genannt die Russische Roulette wird verwendet, um eine dieser Handlungen zu wählen. Wenn das Foton absorbiert wird, wird keine neue Richtung gegeben, und für dieses Foton Enden verfolgend. Wenn das Foton nachdenkt, wird die bidirektionale reflectance Vertriebsfunktion der Oberfläche verwendet, um das Verhältnis des widerspiegelten Strahlens zu bestimmen. Schließlich, wenn das Foton übersendet, wird eine Funktion für seine Richtung abhängig von Natur der Übertragung gegeben.

Sobald die Foton-Karte gebaut wird (oder während des Aufbaus), wird es normalerweise gewissermaßen eingeordnet, der für den K-Nearest-Nachbaralgorithmus optimal ist, weil Foton-Zeit des Blicks vom Raumvertrieb der Fotonen abhängt. Jensen verteidigt den Gebrauch von Kd-Bäumen. Die Foton-Karte wird dann auf der Platte oder im Gedächtnis für den späteren Gebrauch versorgt.

Die Übergabe (2. Pass)

In diesem Schritt des Algorithmus wird die im ersten Pass geschaffene Foton-Karte verwendet, um das Strahlen jedes Pixels des Produktionsimages zu schätzen. Für jedes Pixel ist die Szene verfolgter Strahl, bis die nächste Oberfläche der Kreuzung gefunden wird.

An diesem Punkt wird die Übergabe-Gleichung verwendet, um das Oberflächenstrahlen zu berechnen, den Punkt der Kreuzung in der Richtung auf den Strahl verlassend, der es geschlagen hat. Um Leistungsfähigkeit zu erleichtern, wird die Gleichung in vier getrennte Faktoren zersetzt: direkte Beleuchtung, spiegelndes Nachdenken, Ätzmittel und weiche indirekte Beleuchtung.

Für eine genaue Schätzung der direkten Beleuchtung wird ein Strahl vom Punkt der Kreuzung zu jeder leichten Quelle verfolgt. So lange ein Strahl einen anderen Gegenstand nicht durchschneidet, wird die leichte Quelle verwendet, um die direkte Beleuchtung zu berechnen. Für eine ungefähre Schätzung der indirekten Beleuchtung wird die Foton-Karte verwendet, um den Strahlen-Beitrag zu berechnen.

Spiegelndes Nachdenken, kann in den meisten Fällen, berechnete Verwenden-Strahlenaufzeichnungsverfahren sein (weil es Nachdenken gut behandelt).

Der Beitrag zum Oberflächenstrahlen von Ätzmitteln wird mit der Ätzfoton-Karte direkt berechnet. Die Zahl von Fotonen in dieser Karte muss genug groß sein, weil die Karte die einzige Quelle für die Ätzinformation in der Szene ist.

Für die weiche indirekte Beleuchtung wird Strahlen mit der Foton-Karte direkt berechnet. Dieser Beitrag braucht so jedoch nicht genau zu sein wie der Ätzbeitrag und verwendet so die globale Foton-Karte.

Das Rechnen des Strahlens mit der Foton-Karte

Um Oberflächenstrahlen an einem Kreuzungspunkt zu berechnen, wird eine der versteckten Foton-Karten verwendet. Die Schritte sind:

1. Sammeln Sie den N nächste Fotonen mit der nächsten Nachbarsuchfunktion auf der Foton-Karte.
2. Lassen Sie S der Bereich sein, der diese N Fotonen enthält.
3. Für jedes Foton, teilen Sie den Betrag des Flusses (echte Fotonen), den das Foton durch das Gebiet von S vertritt und multiplizieren Sie durch den auf dieses Foton angewandten BRDF.
4. Die Summe jener Ergebnisse für jedes Foton vertritt Gesamtoberflächenstrahlen, das durch die Oberflächenkreuzung in der Richtung auf den Strahl zurückgegeben ist, der es geschlagen hat.

Optimierungen

• Um zu vermeiden, nicht benötigte Fotonen auszustrahlen, wird die anfängliche Richtung der aus dem Amt scheiden Fotonen häufig beschränkt. Anstatt einfach Fotonen in zufälligen Richtungen zu verbreiten, werden sie in der Richtung auf einen bekannten Gegenstand gesandt, der ein gewünschter Foton-Handhaber ist, um das Licht entweder einzustellen oder auszugießen. Es gibt viele andere Verbesserungen, die zum Algorithmus gemacht werden können: Zum Beispiel, die Zahl von Fotonen wählend, um, und wo und worin Muster zu senden, sie zu senden. Es würde scheinen, dass das Ausstrahlen von mehr Fotonen in einer spezifischen Richtung eine höhere Dichte von Fotonen veranlassen würde, in der Foton-Karte um die Position versorgt zu werden, wo die Fotonen geschlagen, und so diese Dichte messend, einen ungenauen Wert für das Ausstrahlen geben würden. Das ist wahr; jedoch hängt der Algorithmus, der verwendet ist, um Strahlen zu schätzen, von Ausstrahlen-Schätzungen nicht ab.
• Für die weiche indirekte Beleuchtung, wenn die Oberfläche Lambertian ist, dann kann eine als das Ausstrahlen-Verstecken bekannte Technik verwendet werden, um Werte von vorherigen Berechnungen zu interpolieren.
• Um unnötige Kollisionsprüfung in der direkten Beleuchtung zu vermeiden, können Schattenfotonen verwendet werden. Während des Foton-Prozesses des kartografisch darstellenden, wenn ein Foton eine Oberfläche zusätzlich zu den üblichen durchgeführten Operationen schlägt, wird ein Schattenfoton in derselben Richtung ausgestrahlt das ursprüngliche Foton ist daraus gekommen geht den ganzen Weg durch den Gegenstand. Der folgende Gegenstand kollidiert es mit Ursachen ein in der Foton-Karte zu versorgendes Schattenfoton. Dann während der direkten Beleuchtungsberechnung, anstatt einen Strahl von der Oberfläche bis das Licht zu verbreiten, das Kollisionen mit Gegenständen prüft, wird die Foton-Karte für Schattenfotonen gefragt. Wenn niemand da ist, dann hat der Gegenstand eine klare Gesichtslinie zur leichten Quelle, und zusätzliche Berechnungen können vermieden werden.
• Um Bildqualität besonders Ätzmittel zu optimieren, empfiehlt Jensen Gebrauch eines Kegel-Filters. Im Wesentlichen gibt der Filter Gewicht den Beiträgen von Fotonen zum Strahlen je nachdem, wie weit sie von mit dem Strahloberflächenkreuzungen sind. Das kann schärfere Images erzeugen.
• Kartografisch darstellendes Bildraumfoton erreicht Echtzeitleistung durch die Computerwissenschaft des vor allen Dingen Zerstreuens mit einem GPU rasterizer.

Schwankungen

• Obwohl kartografisch darstellendes Foton entworfen wurde, um in erster Linie mit Strahl-Leuchtspurgeschossen zu arbeiten, kann es auch für den Gebrauch mit scanline renderers erweitert werden.

Außenverbindungen

• Globale Beleuchtung mit Foton-Karten
• Realistische Bildsynthese mit der internationalen Foton-Standardbuchnummer der Kartografisch darstellenden 1-56881-147-0
• Foton-Einführung der kartografisch darstellenden vom Worcester Polytechnikum
• Neigung in der Übergabe
• Siggraph Papier