Việc định vị những photon đƣợc làm bằng cách tìm xuyên qua cây KD và định vị n điểm gần nhất tới x. Ta thực hiện một giải thuật tìm kiếm những photon láng giềng chung. Nó bắt đầu tại nút gốc của cây KD và sau đó thêm photon vào một danh sách nếu chúng ở trong một tầm nhất định. Cho n photon gần nhất trong danh sách đƣợc sắp xếp, sao cho photon xa nhất đƣợc xóa và thêm một photon tới gần nếu danh sách đã chứa n photon. Để đạt đƣợc điều này chúng ta sử dụng một hàng đợi có quyền ƣu tiên để giữ phần thông tin tìm kiếm photon.
Cho giải thuật tìm kiếm này chúng ta cần một bán kính tìm kiếm ban đầu. Trong quá trình thực hiện bán kính này đƣợc thao tác bằng tay cho mỗi khung cảnh riêng biệt. Một điều rất quan trong là chọn đƣợc bán kính tốt, nếu nó quá lớn thì việc tìm kiếm sẽ rất chậm, và nếu nó nhỏ quá thì không đủ số photon tìm thấy, nên cần một mức độ điều chỉnh. Ta cũng cố để thực hiện việc xác định bán kính tìm kiếm, khởi động với một bán kính nhỏ và tăng dần nó nếu số photon tìm thấy vẫn chƣa đủ. Chúng ta không có bất cứ sự cải tiến nào do điều này, bởi việc tìm kiếm hai hoặc ba lần là quá lớn.
Dƣới đây ta có thể nhìn thấy một vật lai (hybrid) của góc hộp trả lại với 20000 photon, nhƣng với bán kính tìm kiếm là 5 trên 2 lần đầu và 15 trên 2 lần cuối. Ta cũng có thể nhìn thấy sự khác nhau sử dụng phân phối xác suất khác nhau của những photon mô tả trong phần đầu. Cột đầu tiên là phân phối bình thƣờng , cột thứ 2 là phân phối xuống phía dƣới GAUSS.
1 2 3 4
Hình 8.20 Giải thuật tìm kiếm dùng định vị photon b. Tô trát (Rendering)
Một lần ánh xạ photon đã đƣợc phát sinh theo vài cách để trực quan hơn. Photon mapping là một cái nhìn độc lập, nên nó có thể sử dụng từ góc nhìn nào đó trong khung cảnh. Một cách làm trực quan photon mapping rất nhanh là tính toán giá trị chiếu cho mỗi đỉnh trong khung cảnh và sau đó sử dụng sự chiếu sáng đỉnh đƣợc hỗ trợ bởi đa số phần cứng 3D trả lại cảnh cho bất kỳ góc nhìn nào. Một cách khác, hãy trực tiếp tạo nên sự trực
quan cho ánh xạ. Mà đơn giản cho mỗi pixel theo vết của một tia xuyên qua khung cảnh và tính toán đánh giá sự chiếu sáng đến bề mặt điểm. Đây là cách tiếp cận mà chúng ta sử dụng. Trong tài liệu Jensen gợi ý trả lại hình ảnh cuối cùng sử dụng phân tán raytracing, nơi mà sự chiếu sáng đƣợc đánh giá trung bình một số đánh giá mẫu. Mỗi mẫu gồm vết của một tia từ mắt xuyên qua điểm tới khung cảnh. Sự chiếu sáng trở lại bởi mỗi tia, cân bằng với sự chiếu sáng đang rời khỏi theo hƣớng tia sáng để cho điểm giao nhau tại bề mặt bị cắt ngang đầu tiên bởi tia sáng.
Công thức quá trình chiếu sáng có thể chia ra thành từng phần vào trong 4 phần sử dụng kiến thức của ta về BRDF. Định hƣớng chiếu sáng, phản xạ bóng loáng và lấp lánh, tụ quang (caustics) và sự phản xạ đa khuếch tán. Việc làm trực quan hơn photon mapping trực tiếp sử dụng raytracing mẫu mang lại kết quả tốt, nhƣng yêu cầu nhiều photon để đạt đƣợc kết quả tốt. Đặc biệt tụ quang thì khó để làm đúng mức nếu không có một photon mapping chuyên dụng nào để điều khiển tụ quang. Trừ phi toàn bộ những kết quả không tốt nhƣ một trong số đó. Đây phần lớn là cách tiếp cận thiếu một raytracing phân tán thu nhặt. Tuy nhiên việc sử dụng một cách tiếp cận trực quan hóa trực tiếp làm cho nó dễ chuyển từ photon mapping vào trong đồ họa thời gian thực, nơi mà photon mapping có thể sử dụng để trả lại kết cấu cho bản đồ cũng đƣợc gọi là lightmap, nhƣ vậy việc làm cho nó có thể cho thời gian thực sử dụng với việc sử dụng một bƣớc tiền xử lý. Để có thêm chi tiết hãy xem Radiosity Using Photon Maps
Dƣới đây là một vài bức ảnh đƣợc tô trát:
Hình 8.21 các bức ảnh đƣợc tô trát
8.4. SỰ SO SÁNH GIỮA CÁC KỸ THUẬT (COMPARISON OF TECHNIQUES) TECHNIQUES)
Trong phần này ta sẽ đánh giá 3 thuật giải và chú ý đến năm khía cạnh sau:
Tốc độ - lƣợng thời gian (bao gồm cả quá trình tiền xử lý) yêu cầu để trả lại một hình ảnh.
Chất lƣợng ảnh – cách tạo ra hình ảnh, tùy chọn theo yêu cầu – xử lý tham số đƣợc yêu cầu để đạt đƣợc kết quả mong muốn.
Sự hạn chế hình học – kỹ thuật có thể điều khiển những cảnh chuyên biệt hoặc có hạn chế. Có thể sẽ tốt hơn ở một vài khung cảnh so với những cảnh khác.
8.4.1. Raytracing
Raytracing là một giải thuật khá nhanh. Thời gian trả lại thƣờng nằm trong đơn vị giây thậm chí cho những khung cảnh khó với một sự thực hiện cẩn thận.
Những hình ảnh sản sinh thì ấn tƣợng nhƣng lại rất xa thực tế và nó thƣờng đƣợc nhìn thoáng qua rằng hình ảnh đó đƣợc tạo ra bởi một raytracer. Từ tốt nhất để mô tả hình ảnh “siêu thực”. Những phản xạ xuất hiện với độ sắc không giảm và hình bóng thì rất sắc. Raytracing bởi vậy cho kết quả rất thực tế trên khung cảnh nơi mà những đặc tính này thì rất nổi bật nhƣ là khung cảnh với nhiều kính, gƣơng và kim loại bóng. Mặt khác khung cảnh với đối tƣợng “khuếch tán” giống nhƣ thảm và nguồn sáng bề mặt hoặc cảnh ngoài trời không thể đƣợc trả lại chân thực với một raytracer cơ bản. Kết luận là sự tƣơng tác khuếch tán ánh sáng thì nổi bật trong thực tế nhƣng nó chƣa đƣợc sử dụng đúng mức vào trong một raytracer.
Có rất ít các yêu cầu của khách hàng và không có sự hạn chế về hình học. Hơn nữa việc thực hiện giải thuật thì khá dễ.
8.4.2. Radiosity
Radiosity thì khá chậm so với raytracing nhƣng từ giải thuật không tính đến sự tƣơng tác phản chiếu với giải pháp trả lại cảnh quan độc lập. Giải pháp có thể đƣợc sử dụng bởi một bộ phần cứng tăng tốc trả lại tiêu chuẩn, ví dụ: toàn bộ radiosity tính toán có thể là tốn kém với bƣớc tiền xử lý sau đó sự tƣơng tác tỷ lệ khung hình (framerates) là có thể.
Chất lƣợng hình ảnh của những radiosity phát sinh có thể là rất tốt cho khung cảnh, mà không có sự tƣơng tác lóng lánh nào nhƣng những khung cảnh nhƣ vậy thì không dễ tìm thấy trong thực tế (nhƣng dễ hơn để tìm khung cảnh chỉ với sự tƣơng tác lóng lánh cho cái mà raytracing tốt nhất). Từ khi sự tƣơng tác lóng lánh đƣợc hoàn toàn lờ đi bởi thuật giải, khung cảnh mà chứa đựng điều này thì không thể trả lại khung cảnh hiện thực.
Vài yêu cầu của khách hàng về một khung cảnh là cần thiết để đạt đƣợc những kết quả mong muốn. Đặc biệt kích cỡ của miếng vá và năng lƣợng của ánh sáng có thể khó đánh giá sớm đƣợc.
Giải thuật sử dụng miếng vá hình chữ nhật xấp xỉ hình học khi tính toán giải pháp và từ sự phức tạp của số miếng vá hình vuông đó cũng không quá nhiều. Điều này có nghĩa là muốn uốn cong những bề mặt nhƣ một hình cầu toán học có thể chỉ xấp xỉ tới độ nào đó hoặc sự tính toán sẽ rất lâu. Sự phức tạp của khung cảnh không thể quá cao cho cùng một lý do.
Sự thực hiện giải thuật có thể sử dụng lƣợng thời gian khá lớn chủ yếu vì ở đó có một số bƣớc quan trọng.
8.4.3. Photon mapping
Photon mapping có thể nhanh hơn raytracing nếu chỉ có vài photon đƣợc sử dụng. Tuy nhiên trong khi cả chất lƣợng hình ảnh và thời gian trả lại tăng lên theo số lƣợng photon đƣợc sử dụng có lẽ nó sẽ có phần chậm hơn raytracer khi sử dụng trong thực tế.
Từ khi giải pháp photon mapping thƣờng đƣợc sử dụng để xây dựng phía trên của 1 raytracer bình thƣờng thì nó có thể sản sinh tất cả các hình ảnh đó nhƣ một raytracer bình
thƣờng. Hiệu năng của phƣơng pháp photon mapping là nó có khả năng mô hình hóa rất nhiều hiện tƣợng-vật kỳ lạ (phenomeanas) trong thế giới thực mà đây là điều không thể đối với một mình raytracing (nhƣ là màu máu tƣơi, tụ quang, hình bóng mềm …). Hình ảnh sẽ rất tốt và hiện thực khi có đủ số photon đƣợc sử dụng.
Xuất hiện vấn đề làm sao sử dụng để cho một kết quả tốt yêu cầu rất nhiều sự ngắt quãng, và nhƣ vậy nó không dễ để trả lại hình ảnh hoàn hảo ở lần thử đầu tiên. Tức là photon mapping không đặt những sự hạn chế về khung cảnh, photon có thể chứa bất kỳ loại hình học nào miễn là điểm giao nhau có thể đƣợc tính toán và sự thực hiện của phƣơng pháp khá tiên tiến mới lạ. Phần khó nhất là ngắt quãng nó vào trong việc sản sinh một kết quả có sức thuyết phục.
Tóm tắt: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ánh sáng là phần rất quan trọng trong đồ hoạ máy tính. Trong chƣơng này đi sâu vào xét các giải thuật đồ hoạ ánh sáng, cụ thể là các giải thuật chiếu sáng toàn cục: Raytracing, Radiosity và Photo mapping.
Mỗi một thuật toán đều xét đặc điểm, trình bày các bƣớc và các công thức trong giải thuật, cuối cùng đánh giá ƣu nhƣợc điểm của từng giải thuật.