Интерактивное вычисление преломления света и каустик с применением графического процессора

В то время как современные системы рендеринга эффективны при моделировании сложных световых путей в сложных средах, рендеринг преломляющих каустик по-прежнему занимает много времени. Каустики — это световые узоры, возникающие, когда свет преломляется и отражается от поверхности. Из-за резкого распределения плотности этих зеркальных событий алгоритмы рендеринга в основном полагаются на прямую выборку функции распределения двунаправленного рассеяния на этих поверхностях для построения траекторий. Это требует больших вычислений. Также применяются фотонные карты. Однако есть проблемы, ограничивающие применимость карт каустик. Так как каждый фотон в фотонном буфере должен быть обработан, поэтому приходится выбирать между сильно заниженной дискретизацией каустики и большим снижением скорости, чтобы использовать достаточное количество фотонов для каустики, с целью получения качественных изображений. Сложные зеркальные взаимодействия вызывают передискретизацию в ярких фокальных областях, в то время как другие области карты каустик остаются недостаточно выбранными и шумными. В то же время скорость имеет приоритет над реализмом в большинстве интерактивных приложений. Однако желание улучшить качество графики побудило к разработке различных быстрых приближений для реалистичного освещения.

В данной работе представлен комбинированный метод визуализации преломления света и каустик с использованием обратного интегрирования для освещения и прямого интегрирования для просмотра лучей. Используется подход для одновременного распространения света и отслеживания лучей в объеме, и, следовательно, он не требует хранения данных промежуточного объема освещения. В реализации метода расстояние между световыми плоскостями задается равным одному вокселю, что обеспечивает минимум одну выборку на воксель для всех ориентаций. В методе не используются предварительные вычисления, все параметры рендеринга могут быть изменены в интерактивном режиме.

В результате с использованием предлагаемого метода можно создавать правдоподобные приближения сложных явлений, таких как преломления и каустики. Показано влияние преломлений на тень. Демонстрируются сложные световые узоры из-за изогнутой геометрии объектов. Результаты визуализации показывают важность преломления для внешнего вида прозрачных объектов. Например, искажения, вызванные преломлением, и преломление на границе между средами. Разница в показателях преломления между отдельными средами вызывает сложное взаимодействие между светлыми и теневыми областями. Показано, как преломление и каустика улучшают визуализацию функционально заданных объектов, предоставляя дополнительную информацию о форме и местоположении.