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CG (Subject) / Beleuchtung (Lesson)
- Rendering Equation Das realitätsnahe Rendering entspricht der Simulation von Licht. Das Licht Lo, das von einem beliebigen Oberflächenelement dAe in eine beliebige Richtung w0 ausgestrahlt wird. Es ergibt sich aus:- Dem Licht Le, das von dem Oberflächenelementb dAe in Richtung w0 emittiert wird.- Dem Lich Li, das von allen möglichen Einfallsrichtungen wi einfällt und in Richtung w0 reflektiert wird Man definiert fr als die materialabhängige, 6-dimensionale Bidirektionale Reflexionsverteilungsfunktion (BRDF) und analog für die untere Halbkugel die Bidirektionale Transmissionsverteilungsfunktion (BRTF).
- Formel der Rendering Equation L0 (dAe, dw0) = Le(dAe, dw0) + ∫ (von 2 π) ( fr(dAe, dwi, dw0) * Li(dAe, dwi) * cos Thetai * dwi
- BRDF Die BRDF gibt für alle Einfalls- und Ausfallswinkel die ausgestrahlte Leuchtdichte im Verhältnis zur Beleuchtungsstärke an. Für isotrope Materialien ist die BRDF rotationssymmetrisch und hängt nur von Theta ab. Sie kann in einer beliebigen Ebene angegeben werden und ist durch einen Einfallswinkel und zwei Ausfallswinkel definiert. Für anisotrope Materialien ist die BRDF abhängig von zwei Einfalls- und Ausfallswinkeln. Das Koordinatensystem muss hier durch eine weitere Achse festgelegt werden.
- Fresnel-Terme Beim Wechsel von einer Materie in eine andere wird immer Licht reflektiert. Der Reflexionskoeffizient ist Abhängig vom Brechungsindex der beiden Materialien und vom Einfallswinkel.
- Cook-Torrance Dieses Beleuchtungsmodell versuchen die BRDF über Verteilung der Mikrofacetten , den Fresnel-Term Fr und die Selbstverschattung anzunähern. fr(dwi, w0) = (D*G*Fr) / n*v
- Stochastisches Ray-Tracing Anstatt einen Strahl pro Pixel zu versenden werden hier viele Strahlen verschickt. Schnittpunkte mit Objekten generieren hier wieder neue Strahlen um globales Licht anzunähern. Es sind jedoch sehr viele Strahlen für gute Bilder notwending, u.a. weil es dauert bis Lichtquellen getroffen werden.
- Path Tracing Es werden hier bei Schnittpunkten sowohl direkte Lichtquellen ausgewertet als auch zufällig neue Strahlen für den ambienten Term verschickt.
- Photon-Mapping Zuerst werden Strahlen von der Lichtquelle aus in die Welt verschickt und rekursiv verfolgt. Die Ergebnisse werden als Photonen (3D-Punkte mit Ausrichtung) gespeichert. Für (normal berechnete) Schnittpunkte werden jetzt die vorberechneten Werte der Photon-Map interpoliert. So kann man z.B. Kaustiken simulieren.
- Radiosity Die Oberfläche der Szene wird in viele kleine Elemente (Patches) unterteilt. Die Umgebung wird als vollständig diffus angenommen. Die Szene wird so aufgeteilt, dass die Radiosity pro Patch als konstant angenommen werden kann. Be = Ee + pe * ∑ Bs * Fes
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