La iluminación global [1] ( GI ), o iluminación indirecta , es un grupo de algoritmos utilizados en gráficos por computadora en 3D que están destinados a agregar una iluminación más realista a las escenas en 3D. Dichos algoritmos tienen en cuenta no solo la luz que proviene directamente de una fuente de luz ( iluminación directa ), sino también los casos posteriores en los que los rayos de luz de la misma fuente son reflejados por otras superficies de la escena, sean reflectantes o no ( iluminación indirecta ) .
Teóricamente, los reflejos , las refracciones y las sombras son todos ejemplos de iluminación global, porque al simularlos, un objeto afecta la representación de otro (a diferencia de que un objeto se vea afectado solo por una fuente de luz directa). En la práctica, sin embargo, solo la simulación de interreflexión difusa o cáustica se denomina iluminación global.
Algoritmos
Las imágenes renderizadas usando algoritmos de iluminación global a menudo parecen más fotorrealistas que aquellas que usan solo algoritmos de iluminación directa. Sin embargo, estas imágenes son computacionalmente más caras y, en consecuencia, mucho más lentas de generar. Un enfoque común es calcular la iluminación global de una escena y almacenar esa información con la geometría (por ejemplo, radiosidad). Los datos almacenados se pueden usar para generar imágenes desde diferentes puntos de vista para generar recorridos de una escena sin tener que pasar repetidamente por costosos cálculos de iluminación.
Radiosidad , el trazado de rayos , haz de rastreo , cono de rastreo , trazado de trayectorias , path tracing volumétrico , Metropolis transporte de la luz , oclusión de ambiente , mapeo de fotones , campo de distancia firmado y iluminación basada en imágenes son ejemplos de algoritmos usados en la iluminación global, algunos de los cuales pueden utilizarse en conjunto para obtener resultados que no son rápidos, sino precisos.
Estos algoritmos modelan la interreflexión difusa que es una parte muy importante de la iluminación global; sin embargo, la mayoría de estos (excluyendo la radiosidad) también modelan la reflexión especular , lo que los convierte en algoritmos más precisos para resolver la ecuación de iluminación y proporcionar una escena iluminada de manera más realista. Los algoritmos utilizados para calcular la distribución de la energía luminosa entre las superficies de una escena están estrechamente relacionados con las simulaciones de transferencia de calor realizadas utilizando métodos de elementos finitos en el diseño de ingeniería.
Fotorrealismo
Lograr un cálculo preciso de la iluminación global en tiempo real sigue siendo difícil. [2] En gráficos 3D en tiempo real, el componente de interreflexión difusa de la iluminación global a veces se aproxima mediante un término "ambiental" en la ecuación de iluminación, que también se denomina "iluminación ambiental" o "color ambiental" en los paquetes de software 3D . Aunque este método de aproximación (también conocido como "trampa" porque en realidad no es un método de iluminación global) es fácil de realizar computacionalmente, cuando se usa solo no proporciona un efecto suficientemente realista. Se sabe que la iluminación ambiental "aplana" las sombras en escenas 3D, haciendo que el efecto visual general sea más suave. Sin embargo, si se utiliza correctamente, la iluminación ambiental puede ser una forma eficaz de compensar la falta de potencia de procesamiento.
Procedimiento
Cada vez se utilizan más algoritmos especializados en programas 3D que pueden simular eficazmente la iluminación global. Estos algoritmos son aproximaciones numéricas a la ecuación de renderizado . Los algoritmos bien conocidos para calcular la iluminación global incluyen el trazado de rutas , el mapeo de fotones y la radiosidad . Aquí se pueden distinguir los siguientes enfoques:
- Inversión:
- no se aplica en la práctica
- Expansión:
- enfoque bidireccional: mapeo de fotones + trazado de rayos distribuidos, trazado de ruta bidireccional, transporte ligero de Metropolis
- Iteración:
En la iluminación global de notación de trayectoria de luz, las trayectorias del tipo L (D | S) corresponden a * E.
Se puede encontrar un tratamiento completo en [3]
Iluminación basada en imágenes
Otra forma de simular la iluminación global real es el uso de imágenes de alto rango dinámico (HDRI), también conocidas como mapas ambientales, que rodean e iluminan la escena. Este proceso se conoce como iluminación basada en imágenes .
Lista de métodos
Método | Descripción / Notas |
---|---|
trazado de rayos | Existen varias variantes mejoradas para resolver problemas relacionados con el muestreo, el aliasing y las sombras suaves: trazado de rayos distribuido , trazado de cono y trazado de haz . |
Seguimiento de ruta | Variante imparcial: rastreo de ruta bidireccional y rastreo de ruta de redistribución de energía [4] |
Mapeo de fotones | Consistente, sesgado; variantes mejoradas: mapeo de fotones progresivo, mapeo de fotones progresivo estocástico ( [5] ) |
Cortes de luz | Variantes mejoradas: cortes de luz multidimensionales y cortes de luz bidireccionales [6] |
Iluminación global basada en puntos | Ampliamente utilizado en animaciones de películas [7] [8] |
Radiosidad | Método de elementos finitos, muy bueno para precálculos. Las versiones mejoradas son radiosidad instantánea [9] y radiosidad instantánea bidireccional [10] |
Transporte ligero Metropolis | Se basa en el trazado de rutas bidireccionales, insesgado y multiplexado [11] |
Iluminación armónica esférica | Codifica los resultados de iluminación global para la representación en tiempo real de escenas estáticas |
Oclusión ambiental | No es un método físicamente correcto, pero da buenos resultados en general. Bueno para la precomputación. |
Iluminación global basada en vóxeles | Existen varias variantes, incluida la iluminación global de rastreo de cono de vóxel, [12] iluminación global de octárbol de vóxel disperso e iluminación global de vóxel (VXGI) [13] |
Volúmenes de propagación de luz iluminación global [14] | Los volúmenes de propagación de luz son una técnica para lograr aproximadamente la iluminación global (GI) en tiempo real. Utiliza celosías y armónicos esféricos (SH) para representar la distribución espacial y angular de la luz en la escena. Volúmenes de propagación de luz en cascada variantes. [15] |
Iluminación global de transferencia de radiación diferida [16] | |
Iluminación global profunda basada en búfer G [17] |
Ver también
- Categoría: software de iluminación global
- Sesgo de un estimador
- Función de distribución de dispersión bidireccional
- Estimador consistente
- Representación imparcial
Referencias
- ^ "Colección de técnicas de iluminación global en tiempo real | extremeistan" . extremeistan.wordpress.com . Consultado el 14 de mayo de 2016 .
- ^ Kurachi, Noriko (2011). La magia de los gráficos por computadora . Prensa CRC. pag. 339. ISBN 9781439873571. Consultado el 24 de septiembre de 2017 .
- ^ Philip Dutre; Philippe Bekaert; Kavita Bala (30 de agosto de 2006). Iluminación global avanzada, segunda edición . ISBN 978-1568813073.
- ^ "CiteSeerX - Resumen". CiteSeerX 10.1.1.63.5938 . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ "Toshiya Hachisuka en UTokyo" . ci.iu-tokyo.ac.jp . Consultado el 14 de mayo de 2016 .
- ^ Walter, Bruce; Fernández, Sebastián; Arbree, Adam; Bala, Kavita; Donikian, Michael; Greenberg, Donald P. (1 de julio de 2005). "Cortes de luz". Transacciones ACM en gráficos . 24 (3): 1098-1107. doi : 10.1145 / 1073204.1073318 .
- ^ "coursenote.dvi" (PDF) . Graphics.pixar.com . Consultado el 2 de diciembre de 2016 .
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 22 de diciembre de 2014 . Consultado el 17 de abril de 2013 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Radiosidad instantánea: Keller (SIGGRAPH 1997)" (PDF) . Cs.cornell.edu . Consultado el 2 de diciembre de 2016 .
- ^ "Radiosidad instantánea bidireccional" (PDF) . Artis.imag.fr . Consultado el 2 de diciembre de 2016 .
- ^ "Transporte Ligero Metrópolis Multiplexado" (PDF) . Ci.iu-tokyo.ac.jp . Consultado el 2 de diciembre de 2016 .
- ^ Cyril Crassin. "Rastreo de cono de voxel y octárbol de voxel disperso para iluminación global en tiempo real" (PDF) . On-demand.gputechconf.com . Consultado el 2 de diciembre de 2016 .
- ^ "VXGI | GeForce" . geforce.com . Consultado el 14 de mayo de 2016 .
- ^ "Volúmenes de propagación de luz GI - Epic Wiki" . wiki.unrealengine.com . Consultado el 14 de mayo de 2016 .
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 18 de enero de 2016 . Consultado el 23 de enero de 2016 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Volúmenes de transferencia de resplandor diferido: iluminación global en Far Cry 3" (PDF) . Twvideo01.ubm-us.net . Consultado el 2 de diciembre de 2016 .
- ^ "Aproximaciones de iluminación global rápida en G-Buffers profundos" . graphics.cs.williams.edu. Archivado desde el original el 21 de febrero de 2016 . Consultado el 14 de mayo de 2016 .
enlaces externos
- Video que demuestra la iluminación global y el efecto de color ambiental.
- Demostraciones de IG en tiempo real : estudio de técnicas prácticas de IG en tiempo real como una lista de demostraciones ejecutables
- kuleuven : esta página contiene el Compendio de iluminación global, un esfuerzo por reunir la mayoría de las fórmulas y ecuaciones útiles para los algoritmos de iluminación global en gráficos por computadora.
- Implementación teórica y práctica de la iluminación global utilizando el trazado de ruta de Monte Carlo.