В программах трехмерного моделирования обычно поддерживаются тени двух типов: карта тени (теневое наложение) и тень, построенная с использованием трассировки лучей (рис. 7.7).
Рис. 7.7. Разновидности теней, а) Теневое наложение производит естественную тень со сглаженными краями, б) Тени, построенные методом трассировки луча, являются более отчетливыми и аккуратными
Теневое наложение
Теневое наложение (shadow mapping) чаще всего применяется при построчной визуализации без метода трассировки лучей. Принцип работы этой технологии заключается в создании полутоновой текстурной карты на основе освещения и каркасных сеток сцены, после чего она накладывается на объекты при визуализации. Наложенные тени имеют сглаженные края и выглядят более естественно, чем тени, созданные посредством трассировки лучей, однако в то же время могут казаться блочными и неверно расположенными.
Чтобы избавится от эффекта ступенчатости, следует воспользоваться параметром размер карты тени (shadow map size), увеличив его значение и тем самым изменив объем памяти, применяемый системой для создания карты. Увеличение объема до 512 Кбайт, 1 Мбайт и больше постепенно позволит создать более сглаженные тени, что, однако, серьезно отразится на времени, затрачиваемом на визуализацию, и на общем потреблении памяти, особенно если подобного рода разрешение требуется для нескольких карт тени (рис. 7.8).
Рис. 7.8. Изменение размеров карты тени, а) Ступенчатость и размазывание при использовании карты объемом 256 Кбайт, б) Увеличение размера карты до 1024 Кбайт устраняет большинство недостатков, однако увеличивает время визуализации
Еще одна проблема использования карт тени заключается в сложности их точного размещения на сцене. Чаще всего такое происходит при пересечении двух объектов, когда тень одного объекта накладывается на тень другого. В некоторых случаях тени могут быть смещены вследствие пересечения каркасных сеток. Чтобы с этим разобраться, нужно изменить параметр смещения карты (map bias) путем переноса тени ближе к объекту, отбрасывающему тень, или дальше от него.
И наконец, карты тени обычно не принимают во внимание такое свойство, как прозрачность. Отбрасываемая прозрачным или полупрозрачным объектом тень обычно такая же плотная, как и у непроницаемого объекта. Кроме того, карты тени не обрабатывают цвет тени, отбрасываемой полупрозрачным объектом. Для избавления от всех перечисленных недостатков лучше воспользоваться тенями, построенными на основе трассировки луча.
Тени, построенные с использованием метода трассировки луча
Тени, созданные на основе трассировки луча (ray-traced shadow), по умолчанию применяются в технологиях визуализации методом трассировки луча, однако их поддержка также встречается и в некоторых программах с функцией построчной визуализации. В отличие от карт теней с размытыми краями, данные тени могут иметь резкие границы (в зависимости от программного обеспечения); они же отличатся большой точностью и аккуратностью. Тени, созданные на основе трассировки луча, идеально подходят для построения четких, обусловленных теней, которым место в космосе или безвоздушных мирах, например, на Луне.
Хотя подобные тени не используют карты, а значит, и не подвержены проблемам ступенчатости, они время от времени страдают от эффекта смещения лучей, что в большей мере присуще теневым картам. В применяемой программе может быть опция смещения трассированных лучей (ray-trace bias) или нечто подобное, с помощью чего можно изменить местоположение теней, отбрасываемых неким объектом.
В принципе, использование теней, построенных методом трассировки луча, оправдано только в том случае, когда необходима большая точность размещения тени или приходится экономить оперативную память. Не забывайте, что на визуализацию карт тени уходит куда меньше времени, чем на обработку трассированных теней.
§
%
ИИ
Интересные способы применения теней и освещения в художественных фильмах представлены в видеоклипе Visions of light: the art of cinematography ("Использование света: искусство кинематографии"), созданном компанией image Entertainment. Хотя многие примеры относятся к эре черно-белых фильмов, описываемые принципы и технологии остались неизменными при работе с цветными и трехмерными изображениями.
⇐Яркость и цвет || Оглавление || Яркое пятно и внешний край⇒