Компьютерщики из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали способ создания изображений, таких как прокуренные бары, туманные переулки и задыхающиеся от смога городские пейзажи, без вычислительных затрат и медленной скорости предыдущих методов компьютерной графики.
“Это огромная экономия вычислительных ресурсов. Это позволяет гораздо быстрее визуализировать взрывы, дым и архитектурное освещение при наличии таких визуальных эффектов», - сказал Войцех Ярош, доктор компьютерных наук Калифорнийского университета в Сан-Диего. кандидат, руководивший исследованием.
Сегодня рендеринг реалистичных компьютерных изображений с дымом, туманом, облаками или другими «участвующими средами» (некоторая часть света фактически поглощается или отражается материалом, таким образом, термин «участвующие») обычно требует много усилий. вычислительная тяжелая работа, время или и то, и другое.
«Возможность точно и эффективно моделировать такие сцены очень полезна», - сказал Войцех Ярош (произносится как «Вой-тек Яр-ос»), руководитель проекта.
Ярош и его коллеги из инженерной школы UCSD Jacobs, которые работают над улучшением процесса рендеринга таких изображений, представляют свою работу 09 августа 2007 г. в рамках сессии «Путешествие налегке» на SIGGRAPH., главная конференция по компьютерной графике и интерактивным технологиям.
Представьте себе прокуренный бар. Между твоими глазами и этим таинственным человеком через комнату облако дыма. В реальном мире то, насколько хорошо вы можете видеть сквозь дым, зависит от ряда факторов, о которых вам не нужно сознательно думать. Для графических алгоритмов, которые рендерят такие изображения, определение освещения в задымленных, облачных или туманных условиях - это вычислительный процесс, который быстро усложняется.
С некоторыми существующими подходами к компьютерной графике система должна вычислять освещение в каждой точке вдоль задымленной линии обзора между вашими глазами и человеком в баре - и это приводит к вычислительным узким местам. Новый подход Войцеха Яроша и его коллег из факультета компьютерных наук и инженерии Калифорнийского университета в Школе Джейкобса позволяет избежать этой проблемы, используя вычислительные короткие пути. Метод Яроша, называемый «кэшированием сияния», упрощает создание реалистичных изображений дымных баров и других изображений, где какой-то материал, висящий в воздухе, взаимодействует со светом.
С новым подходом, когда дым, облака, туман или другие участвующие среды плавно изменяются в сцене, вы можете точно рассчитать освещение в небольшом наборе мест, а затем использовать эту информацию для интерполяции освещения в близлежащих точках.. Этот подход, который является расширением «кэширования освещенности», сокращает количество вычислений вдоль линии обзора, которые необходимо выполнить для рендеринга изображения.
Кроме того, система кэширования яркости может идентифицировать и использовать ранее вычисленные значения освещения.
«Если вы хотите рассчитать все освещение вдоль луча, наш метод экономит время и вычислительную энергию, учитывая все предварительно вычисленные значения, которые пересекаются с лучом», - сказал Ярош.
Компьютерщики разработали показатель, основанный на скорости изменения измеряемого света. «В областях, где освещение быстро меняется, мы можем повторно использовать кэшированные значения только очень локально, а в областях, где освещение очень плавное, мы можем повторно использовать значения на больших расстояниях», - сказал Ярош.
Например, однородно туманная сцена на пляже требует меньше вычислений, чем туманная сцена, пронизанная множеством лучей света.
“Наш подход можно использовать для рендеринга как неподвижных изображений, так и анимации. Для неподвижных изображений наш метод становится более эффективным за счет повторного использования вычислений освещения в гладких областях изображения. Для анимаций, в которых движется только камера, мы также можем повторно использовать кэшированные значения во времени, тем самым получая еще большее ускорение», - сказал Ярош.
В своей презентации SIGGRAPH Ярош и его соавторы сравнили свою новую систему с двумя другими подходами, «отслеживанием пути» и «картированием фотонов».
«Наш подход работает как с гетерогенными средами, так и с анизотропными фазовыми функциями, и он на несколько порядков быстрее, чем трассировка пути. Кроме того, он ориентирован на просмотр и хорошо подходит для больших сцен, где такие методы, как фотонное картирование, становятся дорогостоящими», - пишут авторы в своем скетче SIGGRAPH.
В будущем, помимо других проектов, ученые-компьютерщики хотели бы разработать способ повторного использования одних и тех же точек кэша во времени - например, в разных кадрах одной и той же анимации.
Ссылка: «Кэширование Radiance для участвующих медиа», Войцех Ярош, Крейг Доннер, Матиас Цвикер и Хенрик Ванн Дженсен, Калифорнийский университет, Сан-Диего.