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要解决这一问题,研究人员吸收了热学工程的研究成果,开始研究计算全局照明的其他替代算法。在 20 世纪 60 年代初期,工程师们开发了模拟曲面间辐射热传导的方法,以此判断他们的设计在实际应用中的性能(比如熔炉和引擎)。到了 20 世纪 80 年代中期,计算机图形研究人员开始研究这些技术在模拟灯光传播方面的应用。
光能传递,正如该技术在计算机图形世界中的称呼一样,它从本质上与光线跟踪有所不同。光能传递不仅决定场景中每个像素的颜色,也计算环境中所有曲面的强度。通过首先将原始曲面分割为称作元素 的更小曲面的网格来实现这些操作。光能传递算法计算分布在从每个网格元素到每个其他网格元素的灯光量。为网格的每个元素保存最终光能传递值。

光能传递:碰撞到曲面的灯光的光线由多个漫反射光线反射,这些漫反射光线自身可以照明其他曲面。细分曲面可增加解决方案的精确度。
在光能传递算法的早期版本中,必须完全计算网格元素中灯光的分布才能在屏幕上显示有用的结果。即使结果是视图独立的,预处理也会花费很多时间。1988 年,出现了逐步细化技术。该技术可以立即显示可视结果,并在精确度和可视质量上逐步改善。1999 年,出现了一种称作 stochastic relaxation 光能传递(SRR)的技术。SRR 算法组成了由 Autodesk 提供的商业光能传递系统的基础。
虽然光线跟踪和光能传递算法不同,但它们在许多方面是互补的。每项技术都有其优点和不足。
| 照明算法 | 优点 | 不足之处 |
|---|---|---|
| 光线跟踪 | 精确的渲染直接照明、阴影、高光反射和透明效果。 有效使用内存 | 计算量相当大。生成图像所需时间受光源数量影响较大。 对每个视图必须重复处理(视图独立的)。 不考虑漫反射的相互反射。 |
| 光能传递 | 计算曲面间漫反射的相互反射。 为任意视图的快速显示提供视图独立的解决方案。 提供立即可视的结果。 | 3D 网格比原始曲面需要更多的内存。 绘图人工效果比光线跟踪更容易影响曲面采样算法。 不考虑高光反射或透明效果。 |
无论光能传递还是光线跟踪都不能为所有全局照明效果的模拟提供完整的解决方案。光能传递在渲染漫反射到漫反射的相互反射时更有优势,而光线跟踪在渲染高光反射方面有优势。通过使用产品级质量扫描线渲染系统综合两种技术,3ds Max 可以提供这两者的最佳结合。在创建光能传递解决方案后,可以渲染其二维视图。在 3ds Max 场景中,除光能传递所提供的效果之外,光线跟踪还可以提供其他效果:灯光可以提供光线跟踪阴影,而材质可以提供光线跟踪反射和折射。结合了两种技术渲染的场景,比单独使用任一种技术所能得到的场景更真实。
通过将光线跟踪和光能传递相综合,3ds Max 可以提供各种视觉可能性,从高速交互式的照明学习到具有非比寻常的质量和真实感的图像。
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