Объемное рендеринг фундаментальных понятий и терминологии

11

Литература по визуализации объемных материалов и эффектов имеет тенденцию использовать много терминов математической физики. Допустим, я хорошо разбираюсь в концепциях рендеринга поверхности. Какие понятия мне нужно понять для объемного рендеринга? (Как в режиме реального времени, так и в автономном режиме.)

  • Что именно подразумевается под рассеянием света в контексте объемного рендеринга? (И почему он разбивается на рассеивание и рассеивание?)

  • Какова связь между передачей, ослаблением и поглощением?

  • Что такое фазовая функция и как она влияет на объемный рендеринг? (В частности, фазовая функция Хенея-Гринштейна.)

  • Что такое закон Бера-Ламберта и как он связан с рассеянием света?

В основном, как я могу понять такие диаграммы?

Запутанная диаграмма

Джон Калсбек
источник
1
Если это несколько вопросов.
joojaa
@joojaa Потенциально. Ответы на эти вопросы, однако, взаимосвязаны. Я ищу ответ вида «ну, фотон может делать X, Y или Z, когда он взаимодействует со средой; X описывается фазовой функцией, Y описывается законом Бера-Ламберта,…»
Джон Калсбик

Ответы:

6

Когда я впервые прочитал обо всем этом, я наткнулся на эту ссылку, которая помогла мне лучше понять эту большую тему. Также это входит в некоторые более подробные сведения о вещах, упомянутых здесь.

Рассеяние света - это естественное явление, которое возникает, когда свет взаимодействует с частицами, распределенными в среде, когда она проходит через нее. Из Википедии :

Рассеяние света можно рассматривать как отклонение луча от прямой траектории, например, из-за неровностей в среде распространения, частицах или на границе раздела двух сред

В компьютерной графике существуют модели, которые были разработаны для имитации эффекта прохождения света объемными объектами из точки входа ( точка A ) в точку выхода ( точка B ). Когда свет проходит от А к В, он изменяется из-за взаимодействия с частицами, и эти взаимодействия часто называют поглощением , рассеянием и рассеянием . Часто вы увидите, как они разбиты на две группы; Transmittance (поглощение и рассеяние), который мне нравится воспринимать как «потерянный свет» и « рассеянный свет» («полученный свет»).

Поглощение - это в основном падающая световая энергия, которая превращается в какую-то другую форму энергии и, следовательно, «теряется».

прозрачность

Пропускание описывает , как свет , отраженный за объем будет ослаблен за счет абсорбции , как он проходит через среду от A до B . Обычно это рассчитывается по закону Бера-Ламберта, который связывает ослабление света со свойствами материала, через который он распространяется.

Поскольку свет проходит через среду, существует вероятность того, что фотоны могут рассеяться в направлении от их падающего направления и, следовательно, не попасть в глаз наблюдателя, и это называется Out-Scattering. В большинстве моделей уравнение пропускания слегка изменено, чтобы ввести концепцию рассеяния рассеяния.

В рассеянии

Выше мы видели, как свет может быть потерян из-за рассеяния фотонов от направления обзора. В то же время свет может рассеиваться обратно в направлении просмотра, когда он движется от А к В, и это называется рассеиванием.

Рассеяние частиц само по себе является довольно сложной темой, но в основном вы можете разделить ее на изотропное и анизотропное рассеяние. Моделирование анизотропного рассеяние будет занимать значительное количество времени , так что обычно в компьютерной графике это упрощается при использовании фазовой функции , которая описывает количество света от падающего света направления , которое рассеивается в направление просмотра , как он перемещается от A к B .

Одна обычно используемая неизотропная фазовая функция называется фазовой функцией Хенея-Гринштейна, которая может моделировать обратное и прямое рассеяние. Обычно он имеет единственный параметр g ∈ [−1,1], который определяет относительную силу рассеяния вперед и назад.

Роберт Каннелл
источник