- Click vào biểu tƣợng hình ảnh để chuyển đổi bản đồ photon. - Click và kéo cầu để di chuyển chúng.
- Click vào nguồn sáng và kéo để di chuyển ánh sáng. - Mô tả:
Các hiện thực của ray tracing có thể đƣợc cải thiện bằng cách mô phỏng các photon riêng lẻ đƣợc phát ra từ một nguồn ánh sáng và trả lại quanh cảnh. Ở đây, 1000 mỗi photon bị trả ba lần, dẫn đến loang màu thực tế và bóng mềm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Đối với ray tracing, ta chiếu một tia vào điểm ảnh của cảnh (cho phép sự phản chiếu của các gƣơng cầu). Một tia bóng đơn đƣợc xác định có hay không một điểm ảnh đƣợc chiếu sáng bởi một nguồn sáng. Để tính toán các bản đồ photon, ta phát ra 1000 photon (mỗi photon trong số đó bị trả lại ba lần) từ một nguồn ánh sáng hình bán cầu. Đối với mỗi photon bị trả ta tính toán một photon bóng duy nhất tƣơng ứng. Photon mapping đƣợc kích hoạt chỉ đơn giản bằng cách thay thế các bƣớc ánh sáng cuối cùng của ray tracing với một bƣớc thu thập photon trong đó, đối với bất kỳ điểm nào cảnh đƣợc kết xuất, các photon đƣợc tích hợp trên một diện tích kích thƣớc cố định (không có cây-kd nào đƣợc sử dụng).
3.3.2 Kết quả thực hiện
- Áp dụng sinh ảnh của cảnh với một nguồn sáng.
Sử dụng bản đồ photon trực tiếp hình ảnh có thể mất nhiều thời gian để sinh ảnh. Sử dụng tập hợp cuối cùng trong bƣớc sinh ảnh có thể làm cho thời gian làm tăng đáng kể. Do đó phải sử dụng một phƣơng pháp gọi là bộ nhớ đệm bức xạ, nơi ánh sáng đƣợc lƣu trữ và tái sử dụng. chiếu sáng các giá trị từ bộ nhớ đệm có thể đƣợc nội suy tại một điểm. Những hình ảnh bên trái cho thấy một trực quan của bộ nhớ đệm bức xạ. Tất cả các điểm mà là màu đen là những điểm mà giá trị lƣu trữ đƣợc sử dụng trong hình bên phải.
Khi chiếu nguồn sáng từ phía trên và phát ra 1000 photon, mỗi photon đƣợc sử dụng lại ba lần ta sẽ thu đƣợc kết quả là ảnh tối không sắc nét đƣợc thể hiện ở hình 3.1.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 3.1: Số lƣợng photon phát ra là 1000
Thay đổi vị trí nguồn sáng và số lƣợng photon phát ra ta đƣợc cảnh nhƣ hình 3.2.
(a) (b)
Hình 3.2: Photon phát ra là 1500, nguồn sáng bên trên (a), bên phải (b) Hình 3.3 cảnh bên trái sử dụng ánh sáng trực tiếp và cảnh bên phải là sinh ảnh bằng cách sử dụng kỹ thuật Photon mapping. Trong cảnh bên phải sử dụng 26.000 photon từ nguồn ánh sáng của cửa sổ chiếu vào và 500 trong số đó đã đƣợc sử dụng để tính toán bức xạ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
(a) (b)
Hình 3.3: Sử dụng ánh sáng trực tiếp (a), sinh ảnh bằng Photon mapping (b) - Áp dụng sinh ảnh của cảnh với nhiều nguồn sáng.
Một ví dụ đơn giản của một cảnh với nhiều nguồn ánh sáng là sự biến đổi của cảnh thể hiện trong hình 3.4. Khi 100.000 photon đƣợc tạo ra từ mỗi nguồn ánh sáng và kết quả bản đồ Photon toàn cảnh có 400.000 photon. Với các tham số sinh ảnh tƣơng tự nhƣng kết quả khác với 1 nguồn sáng. Thời gian sinh ảnh cho cảnh này là 90 phút.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Cảnh thể hiện trong hình 3.5 là một ví dụ của một cảnh với một môi trƣờng tham gia thống nhất. Để mô phỏng cảnh này cần sử dụng 100.000 photon trong các bản đồ photon toàn cầu và 150.000 photon trong các bản đồ photon lƣợng. Thời gian sinh ảnh cho cảnh mất 44 phút.
Hình 3.5: Sinh ảnh với môi trƣờng tham gia
Hình 3.6 là một ví dụ cổ điển của tụ quang, một chiếc nhẫn kim loại bóng tập trung ánh sáng vào một mẫu đặc trƣng. Hình ảnh này cũng bao gồm các photon toàn cảnh, kết quả chiếu sáng yếu trên bề mặt bên trong của chiếc nhẫn. Các thành phần phản chiếu của nhẫn là sinh ảnh với các tia phản chiếu hoàn chính xác. 200 photon tụ quang đã đƣợc sử dụng cho ƣớc tính bức xạ ánh sáng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
KẾT LUẬN
Kỹ thuật Photon mapping tạo ra cho mỗi mặt phẳng của đối tƣợng trong khung cảnh một cơ sở dƣ̃ liệu , trong đó lƣu trƣ̃ thông tin về sự va chạm của photon với bề mặt - tọa độ va chạm, hƣớng và năng lƣợng của photon. Photon đƣợc hiểu là phần năng l ƣợng của sự chiếu sáng , truyền theo một hƣớng nhất định tƣ̀ nguồn sáng . Mật độ photon của bản đồ đƣợc dùng trong các tính toán tiếp theo để đánh giá sự chiếu sáng của điểm trong kết quả của sự phân tán khuyếch tán ánh sáng trên các bề mặt xung quanh.
Kỹ thuật Photon mapping đƣợc thiết kế nhƣ sự xen kẽ của phép tính sự chiếu sáng khuếch tán thứ cấp bằng phƣơng pháp Monter Carlo và thay thế phép tính tích phân tƣơng ứng. Giải pháp này có một số ƣu điểm và hạn chế.
Ƣu điểm chính của Photon mapping là tốc độ và sự hoàn chỉnh của phép tính. Sử dụng Photon mapping cho tính toán phản xạ qua lại đƣợc dùng nhiều lần bởi vì nó cho phép nhận đƣợc kết quả nhanh hơn và chất lƣợng hơn.
Hạn chế của nó liên quan đến những yêu cầu bộ nhớ lớn và sự khó khăn trong việc liên kết các vết nối, các góc và đƣờng biên của bề mặt. Photon mapping không thể làm việc với các nguồn sáng nhƣ Skylight, HDRI và hạn chế truy cập vào bộ nhớ, trong tính toán khung cảnh mở.
Trong quá trình làm luận văn em đã đƣợc sử dụng, nghiên cứu nhiều tài liệu, thực nghiệm để hoàn thành luận văn tốt nghiệp và đã hiểu rõ đƣợc phƣơng pháp sinh ảnh bằng Photon maping.
Kết quả thực nghiệm đã đạt một số kết quả nhƣ sử dụng chƣơng trình demo tăng giảm số lƣơng các photon và số lần tái sử dụng nó trong quá trình sinh ảnh. Tạo ra đƣợc những ảnh có mầu sắc rực rỡ với một hay nhiều nguồn sáng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, mặc dù bản thân đã rất nhiều cố gắng về thời gian, công sức cho việc tìm hiểu nghiên cứu đề tài và đã nhận đƣợc sự chỉ bảo, định hƣớng tận tình của thầy giáo hƣớng dẫn nhƣng do hạn chế về mặt thời gian và khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu nên chƣa có đƣợc kết quả thực sự hoàn hảo.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]. TẠ VĂN HÙNG, Đồ Họa Máy Tính, Nxb Thống kê, 2001
[2]. Nguyễn Thế Hùng, Đồ họa máy tính và thiết kế - Computer Graphics and Design, Nxb Thống kê, 2002.
[3]. Nguyễn Huy Sơn (2005), “VR-Công nghệ của tương lai”, http://simulationvn.org
Tiếng Anh
[4]. Jensen, Henrik Wann and Per H. Christensen:‖ High Quality Rendering using Ray Tracing and Photon Mapping‖. ACM New York , pages 49-53, 63-76, 2007.
[5]. Jensen, Henrik W., Realistic Image Synthesis Using Photon Mapping, A K Peters, Ltd., Massachusetts, 2001
[6]. Per H. Christensen. Photon mapping tricks. In SIGGRAPH 2002 Course Note #43: A Practical Guide to Global Illumination using Photon Mapping, pages 93–121, 2002.
[7]. Phong Bui Tuong. Illumination for computer generated pictures. Communications of the ACM, pages 311–317, 1975.