Trasování kužele - Cone tracing

Trasování kužele^[1] a sledování paprsku jsou derivátem sledování paprsku algoritmus který nahradí paprsky, které nemají žádnou tloušťku, silnými paprsky.

Zásady

To se děje ze dvou důvodů:

Od a fyzika lehkého transportu úhel pohledu

Energie dosahující pixel pochází z celku plný úhel kterým oči vidí pixel ve scéně, nikoli z jeho centrálního vzorku. Tím se získá klíčová představa pixelová stopa na površích nebo v prostor textury, což je zadní projekce pixelu na scénu.

Výše uvedený popis odpovídá dírková komora zjednodušená optika klasicky používaná v počítačová grafika. Všimněte si, že tento přístup může také představovat kameru na bázi objektivu, a tedy hloubka pole efekty, pomocí kužele, jehož průřez se zmenšuje z velikosti čočky na nulu na ohnisková rovina a poté se zvyšuje.

Skutečný optický systém se navíc kvůli tomu nezaměřuje na přesné body difrakce a nedokonalosti. To lze modelovat jako a funkce rozložení bodů (PSF) vážený v plném úhlu větším než pixel.

Z pohledu zpracování signálu

Ray-tracing images trpí silným aliasing protože "projektovaný geometrický signál" má velmi vysoké frekvence přesahující Nyquist-Shannon maximální frekvence které lze reprezentovat pomocí vzorkovací frekvence pixelu, takže vstupní signál musí být filtrován dolní propustí - tj. integrován přes plný úhel kolem středu pixelu.

Všimněte si, že na rozdíl od intuice by filtr neměl být pixelovou stopou, protože a krabicový filtr má špatné spektrální vlastnosti. Naopak ideální funkce sinc není praktické, mít nekonečnou podporu a možná záporné hodnoty. A Gaussian nebo a Lanczos filtr jsou považovány za dobré kompromisy.

Počítačové grafické modely

Rané články Cone and Beam spoléhají na různá zjednodušení: první uvažuje o kruhovém řezu a ošetřuje průnik různými možnými tvary. Druhá zachází s přesným pyramidovým paprskem skrz pixel a podél složité dráhy, ale funguje to jen pro mnohostěnný tvary.

Trasování kužele řeší určité problémy související s vzorkování a aliasing, který může sužovat konvenční sledování paprsku. Trasování kužele však vytváří řadu vlastních problémů. Například právě protnutí kuželu s geometrií scény vede k enormní rozmanitosti možných výsledků. Z tohoto důvodu zůstalo sledování kužele většinou nepopulární. V posledních letech došlo ke zvýšení rychlosti počítače Monte Carlo algoritmy jako distribuované sledování paprsku - tj. stochastická explicitní integrace pixelu - mnohem více používaná než sledování kužele, protože výsledky jsou přesné za předpokladu, že je použit dostatek vzorků. Konvergence je ale tak pomalá, že i v kontextu offline vykreslování je třeba se vyhnout obrovskému času hluk.

Diferenciální sledování kužele, vzhledem k diferenciálnímu úhlovému okolí kolem paprsku, se vyhne složitosti přesného průniku geometrie, ale vyžaduje LOD reprezentaci geometrie a vzhledu objektů. MIPmapping je jeho přibližná hodnota omezená na integraci povrchové textury do kuželové stopy. Diferenciální sledování paprsků ^[2] rozšiřuje ji na texturované povrchy prohlížené složitými cestami kuželů odrážených nebo lámaných zakřivenými povrchy.

Raymarchingovy metody skončily podepsaná pole vzdálenosti (SDF) přirozeně umožňuje snadné použití trasování ve tvaru kužele, s nulovými dodatečnými náklady na trasování, a to jak zrychlení trasování, tak zlepšení kvality.

Reference