In der Literatur zum Rendern volumetrischer Materialien und Effekte wird häufig eine mathematische physikalische Terminologie verwendet. Nehmen wir an, ich habe die Konzepte des Oberflächen-Renderings gut im Griff. Welche Konzepte muss ich für das volumetrische Rendern verstehen? (Sowohl Echtzeit- als auch Offline-Rendering.)
Was genau ist unter Lichtstreuung im Kontext der volumetrischen Wiedergabe zu verstehen? (Und warum ist es in Einstreuung und Ausstreuung aufgeteilt?)
Welche Beziehung besteht zwischen Übertragung, Dämpfung und Absorption?
Was ist eine Phasenfunktion und wie spielt sie sich beim volumetrischen Rendern ab? (Insbesondere die Henyey-Greenstein-Phasenfunktion.)
Was ist das Beer-Lambert-Gesetz und wie hängt es mit der Lichtstreuung zusammen?
Wie macht es Sinn, solche Diagramme zu erstellen?
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Antworten:
Als ich das erste Mal darüber las, stieß ich auf diesen Link, der mir half, dieses große Thema besser zu verstehen. Auch dies geht näher auf die hier genannten Dinge ein.
Lichtstreuung ist ein natürliches Phänomen, das auftritt, wenn Licht mit Partikeln interagiert, die in einem Medium verteilt sind, während es sich durch dieses bewegt. Aus Wikipedia :
In der Computergrafik gibt es Modelle, die entwickelt wurden, um den Effekt von Licht zu simulieren, das Volumenobjekte von einem Eintrittspunkt ( Punkt A ) zu einem Austrittspunkt ( Punkt B ) durchquert . Während sich das Licht von A nach B bewegt, ändert es sich aufgrund von Wechselwirkungen mit Partikeln und diese Wechselwirkungen werden oft als Absorption , Out Scattering und In Scattering bezeichnet . Oft werden Sie diese in zwei Gruppen aufgeteilt sehen; Durchlässigkeit (Absorption und Streuung), die ich gerne als "Licht verloren" und " Streuung" ("Licht gewonnen") betrachte.
Absorption ist im Grunde einfallende Lichtenergie, die in eine andere Energieform umgewandelt wird und daher "verloren" geht.
Durchlässigkeit
Die Durchlässigkeit beschreibt, wie das hinter einem Volumen reflektierte Licht aufgrund der Absorption gedämpft wird, wenn es durch ein Medium von A nach B wandert . Dies wird normalerweise mit dem Beer-Lambert-Gesetz berechnet, das die Lichtschwächung mit den Eigenschaften des Materials in Beziehung setzt, durch das es läuft.
Während sich das Licht durch das Medium bewegt, besteht die Möglichkeit, dass die Photonen von ihrer Einfallsrichtung weg gestreut werden und es daher nicht zum Auge des Betrachters schaffen. Dies wird als Streuung bezeichnet. In den meisten Modellen wird die Transmissionsgleichung geringfügig geändert, um das Konzept der Streuung einzuführen.
In der Streuung
Oben haben wir gesehen, wie Licht verloren gehen kann, wenn Photonen aus der Blickrichtung gestreut werden. Gleichzeitig kann Licht auf seinem Weg von A nach B in die Blickrichtung zurückgestreut werden, was als Streuung bezeichnet wird.
Das Einstreuen von Partikeln selbst ist ein ziemlich komplexes Thema, aber im Grunde kann man es in isotrope und anisotrope Streuung aufteilen. Die Modellierung der anisotropen Streuung würde eine beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen. In der Computergrafik wird dies normalerweise durch die Verwendung einer Phasenfunktion vereinfacht, die die Lichtmenge aus der Richtung des einfallenden Lichts beschreibt, die auf ihrem Weg von A nach B in die Blickrichtung gestreut wird .
Eine häufig verwendete nicht-isotrope Phasenfunktion ist die Henyey-Greenstein-Phasenfunktion, die die Rückwärts- und Vorwärtsstreuung modellieren kann. Es hat normalerweise einen einzelnen Parameter, g ∈ [−1,1], der die relative Stärke der Vorwärts- und Rückwärtsstreuung bestimmt.
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