Визуализация трехмерных объектов с использованием аналитического задания освещенности окружающей среды

Abstract

Реалистичность формирования графических сцен во многом определяется освещенностью окружающей среды. Предлагается эффективное представление карт освещенности окружающей среды. Рассматривается визуализация объектов с применением карт освещения среды. Использование аналитического задания для излучения компонент сферических коэффициентов гармоник освещения позволяет вычислять и применять девять коэффициентов, соответствующим низкочастотным видам освещения, для того чтобы минимизировать ошибки. Излучение нечувствительно к высоким частотам в освещении, и хорошо аппроксимируется, с использованием только девяти параметров. Излучение может быть процедурно представлено в виде квадратичного полинома в декартовых компонентах нормали поверхности и может быть выражено в явной форме. Это приводит к простому и эффективному процедурному алгоритму рендеринга, с использованием аппаратных средств графических процессоров. Метод позволяет использовать произвольное распределение освещения для компонент двунаправленного отражения. Это снимает ограничения текущего графического оборудования для точечных и направленных источников света. Метод позволяет эффективно вычислить текстуры карт окружающей среды освещения и может быть использован в системах высокореалистической графики

Реалістичність формування графічних сцен багато в чому визначається освітленістю навколишнього середовища. Пропонується ефективне представлення карт освітленості навколишнього середовища. Розглядається візуалізація об'єктів із застосуванням карт освітлення середовища. Використання аналітичного завдання для випромінювання компонент сферичних коефіцієнтів гармонік освітлення дозволяє обчислювати і застосовувати дев'ять коефіцієнтів, відповідним низькочастотних видам освітлення, для того щоб мінімізувати помилки. Випромінювання невідчутно до високих частот в освітленні, і добре апроксимується, з використанням тільки дев'яти параметрів. Випромінювання може бути процедурно представлено у вигляді квадратичного полінома в декартових компонентах нормалі поверхні і може бути виражено в явній формі. Це призводить до простого і ефективного процедурному алгоритму рендеринга, з використанням апаратних засобів графічних процесорів. Метод дозволяє використовувати довільний розподіл освітлення для компонент двонаправленого відображення. Це знімає обмеження поточного графічного обладнання для точкових і спрямованих джерел світла. Метод дозволяє ефективно обчислити текстури карт навколишнього середовища освітлення і може бути використаний в системах високореалістіческой графіки

The realism of the formation of graphic scenes is largely determined by the illumination of the environment. Illumination in the real scenes is a physically complex phenomenon that includes various sources, such as local illumination areas and large continuous lighting distributions. Current graphics hardware supports only point or directional light sources. One of reasons is the lack of simple procedural formulas for common illumination distributions. The purpose of the work is to use an analytical quantitative formula for radiation, which formalizes observations and allows fundamental approximation. This work focuses on the Lambert component of bidirectional radiation. The radiation environment map is used for diffuse reflection. The map is indexed along the surface normal, each pixel stores the illumination for a certain orientation of the surface. An effective presentation of the illumination the environment maps is proposed. We consider the visualization of objects with the use of the illumination the environment maps. Using the analytical task to emit the components of the spherical harmonics of the illumination harmonics allows us to calculate and apply nine coefficients corresponding to low-frequency types of illumination in order to minimize mistakes. The radiation is insensitive to high frequencies in illumination, and is well approximated using only nine parameters. The radiation can be represented procedurally as a quadratic polynomial in the Cartesian components of the surface normal and can be expressed explicitly. This leads to a simple and effective procedural rendering algorithm, using graphics processors hardware. The method allows to use of arbitrary illumination distribution for the components of bidirectional reflection. This removes the limitations of current graphics equipment for point and directional light sources. The method allows you to effectively calculate the texture maps of the illumination the environment and can be used in systems of highly realistic graphics.