Robert Sajko
U prethodnim poglavljima, dan je pregled fizikalnih modela svjetlosti (geometrijskog i valno-čestičnog), te je odabran geometrijski model kao standard fotorealističnosti za računalnu grafiku. Predstavljeni su lokalni modeli osvjetljenja koji se tradicionalno koriste u interaktivnoj računalnoj grafici, kao što je Blinn-Phong model. Takvi, lokalni modeli su grube aproksimacije kompletne jednadžbe iscrtavanja, budući da ignoriraju odbijanje svjetlosti između objekata, i time zanemaruju razne suptilne efekte indirektnog osvjetljenja poput pretapanja boja uslijed difuzne interrefleksije. Ambijentalna komponenta osvjetljenja se u lokalnim modelima predstavlja tek jednom konstantom, te se računaju jedino direktni doprinosi osvjetljenja. Pokušajmo sada proširiti lokalni model osvjetljenja formulirajući kompletnu jednadžbu iscrtavanja. Možemo razmišljati ovako: znamo da je ukupna izlazna svjetlost u bilo kojoj točki prostora jednaka zbroju emitirane svjetlosti (što može biti nula, ukoliko nije riječ o izvoru svjetla), te doprinosima svih svjetlosnih zraka koje upadaju na tu točku, a mogu biti rezultat direktnog osvjetljenja nekim izvorom svjetlosti, ili pak rezultat (višestruke) refleksije svjetlosti od drugih objekata na sceni. Također, znamo da se svjetlost reflektira od različitih objekata na drugačiji način, pa možemo definirati funkciju distribucije reflektivnosti (BRDF funkcija, vidjeti poglavlje 3). Sve dosad rečeno možemo formalno zapisati na sljedeći način:
gdje je:
Dakako, gornju je jednadžbu nemoguće analitički riješiti, budući da funkcija upadne svjetlosti ovisi o geometrijskim međuodnosima objekata na sceni, te bi u simboličkom obliku bila prekompleksna za praktičnu uporabu, osim u vrlo jednostavnim, specijalnim slučajevima. Primjerice, jedan takav slučaj dobijemo pretpostavkom difuznog osvjetljenja bez interrefleksije - time se jednadžba iscrtavanja reducira na Lambertov kosinusni zakon, koji predstavlja osnovu lokalnih modela osvjetljenja. Iz navedenog razloga, svi algoritmi kojima je cilj doći do kompletnog rješenja jednadžbe iscrtavanja se zasnivaju na nekim numeričkim metodama i heurističkim aproksimacijama. Pritom možemo razlikovati dvije skupine algoritama - tradicionalni pristupi poput praćenja zrake, preslikavanja fotona i algoritma isijavanja (za detaljniji pregled ovih tehnika pogledati [Sajko08]), te noviji pristupi poput difuzne interrefleksije u prostoru slike, predizračunatog prijenosa zračenja te propagacijskih volumena svjetla. Tradicionalne metode su razvijene s ciljem čim točnijeg rješenja problema osvjetljenja, te zbog svoje zahtjevnosti sve do nedavno nisu bile primjenjive u interaktivnoj računalnoj grafici. No, rastom moći računala i specifično, grafičkih kartica, koje postaju gotovo autonomni, masivno paralelni sustavi primjenjivi za rješavanje općenitih problema, otvaraju se i mogućnosti primjene postupaka poput praćenja zrake u interaktivnoj računalnoj grafici. Međutim, premda su takve implementacije već ostvarene uz interaktivne brzine iscrtavanja, ovo se područje još uvijek smatra eksperimentalnim, te većina komercijalnih grafičkih aplikacija i igara koristi metode prilagođene radu s rasteriziranim podacima, što je još uvijek dominantan pristup u interaktivnoj računalnoj grafici. |