Кіріспе
Глобалды жарықтандыру (GI) немесе жанама жарықтандыру – 3D компьютерлік графикада қолданылатын алгоритмдер тобы, олар 3D көріністерге көбірек реалистік жарықтандыру қосуға бағытталған. Бұл алгоритмдер жарық көзінен тікелей келетін жарықты ғана емес (тікелей жарықтандыру), сонымен қатар сол көзден шыққан жарық сәулелерінің көріністегі басқа беттерден шағылысуын, олардың шағылыстыру қабілетіне қарамастан (жанама жарықтандыру) ескереді. Теориялық тұрғыдан алғанда, шағылыстар, сынулар және көлеңкелер – бәрі де глобалды жарықтандырудың мысалдары, себебі оларды модельдеу кезінде бір нысан екінші нысанның көрсетілуіне әсер етеді (тек тікелей жарық көзінің әсерінен емес). Бірақ практикада, глобалды жарықтандыру деп тек диффуздық өзара шағылысудың немесе каустиканың модельделуі ғана аталады.
Global illumination (GI), or indirect illumination, is a group of algorithms used in 3D computer graphics that are meant to add more realistic lighting to 3D scenes. Such algorithms take into account not only the light that comes directly from a light source (direct illumination), but also subsequent cases in which light rays from the same source are reflected by other surfaces in the scene, whether reflective or not (indirect illumination). Theoretically, reflections, refractions, and shadows are all examples of global illumination, because when simulating them, one object affects the rendering of another (as opposed to an object being affected only by a direct source of light). In practice, however, only the simulation of diffuse inter reflection or caustics is called global illumination.
Алгоритмдер
Глобалды жарықтандыру алгоритмдерін қолданып жасалған кескіндер, тек тікелей жарықтандыру алгоритмдерін қолданғандарға қарағанда көбірек фотореалистік болып көрінеді. Дегенмен, мұндай кескіндер есептеулерге көп шығын сыйып, жасауға әлдеқайда уақыт алады. Көп қолданылатын тәсіл – көріністің жаһандық жарықтандыруын есептеп, осы ақпаратты геометриямен бірге сақтау (мысалы, радиоздық). Сақталған деректерді арзан жарықтандыру есептеулерін қайталамай, сахнаның әртүрлі көзқарастарынан кескіндер жасауға, соның ішінде сахна бойынша жүріп өтуді жасауға болады. Радиоздық, сәулелерді іздеу, шоқтарды іздеу, конус іздеу, жолдарды іздеу, көлемдік жолдарды іздеу, Метрополис жарық тасымалы, қоршаған ортаның көлеңкесі, фотон картасы, қолтаңбалы қашықтық өрісі және кескінге негізделген жарықтандыру – жаһандық жарықтандыруда қолданылатын алгоритмдердің мысалдары. Олардың кейбіреулері бірге қолданылып, жылдам болмаса да, дәл нәтижелер бере алады. Бұл алгоритмдер жаһандық жарықтандырудың маңызды бөлігі болып табылатын диффузиялық өзара шағылысты модельдейді. Алайда, олардың көпшілігі (радиоздықты қоспағанда) спекулярлық шағылысты да модельдейді, бұл оларды жарықтандыру теңдеуін шешуге арналған дәл алгоритмдерге айналдырып, көріністің шынайы жарықтандырылуын қамтамасыз етеді. Көріністің беттері арасындағы жарық энергиясының таралуын есептеуге қолданылатын алгоритмдер инженерлік жобалаудағы шекті элементтер әдісін қолданып жүзеге асырылатын жылу алмасу симуляцияларымен тығыз байланысты.
Фотореализм
Әлемдік жарықтандыруды нақты уақыт режимінде дәл есептеу әлі де қиын болып қала береді. Нақты уақыт 3D графигінде жаһандық жарықтандырудың диффузиялық өзара шағылысу компоненті кейде жарықтандыру теңдеуіндегі "қоршаған орта жарығы" терминімен жуықталады, оны 3D бағдарламалық жасақтамаларда "қоршаған орта жарығы" немесе "қоршаған орта түсі" деп те атайды. Бұл жуықтау әдісі (бұл жаһандық жарықтандыру әдісі емес болғандықтан, "алдау" деп те аталады) есептеу жағынан оңай орындалса да, жалғыз қолданғанда жеткілікті реалистік эффект бермейді. Қоршаған орта жарығы 3D көріністердегі көлеңкелерді "тегістейді", бұл жалпы визуалды эффектті әлсіретеді. Дегенмен, дұрыс қолданғанда, қоршаған орта жарығы процессорлық қуаттың жетіспеушілігін толықтырудың тиімді тәсілі болуы мүмкін.
Суретке негізделген жарықтандыру
Нақты жаһандық жарықтандыруды модельдеудің тағы бір жолы – жоғары динамикалық диапазонды бейнелерді (HDRI) пайдалану, олар қоршаған орта карталары деп те аталады, және бұл бейнелер көріністі қоршалап, жарықтандырады. Бұл процеске сурет негізінде жарықтандыру деп айтылады.
Әдістер тізімі
Әдіс сипаттамасы/ескертпелер
Жарық ізін салу: Үлгілеу, алиасинг және жұмсақ көлеңкелерге қатысты мәселелерді шешу үшін бірнеше жетілдірілген нұсқалар бар: Таратылған сәулелерді іздеу, конус іздеу және сәулелерді іздеу.
Жолды іздеу: Бәйтарап нұсқасы: Екі бағытты жолды іздеу және энергияны қайта бөлу жолын іздеу.
Фотондарды картографиялау: Тұрақты, бәйтарап; жетілдірілген нұсқалар: Прогрессивті фотондарды картографиялау, стохастикалық прогрессивті фотондарды картографиялау.
Жарық кесулер: Жетілдірілген нұсқалар: Көп өлшемді жарық кесулер және екі бағытты жарық кесулер.
Тоқталған жаһандық жарықтандыру: Мультфильмдерде кеңінен қолданылады.
Радиозитет: Шекті элементтер әдісі, алдын ала есептеулер үшін өте жақсы. Жақсартылған нұсқалары: Жедел радиозитет және екі бағытты жедел радиозитет.
Метрополис жарық тасымалы: Екі бағытты жолды іздеуге негізделген, бәйтарап және мультиплекстелген.
Сфералық гармониялық жарықтандыру: Статикалық көріністерді нақты уақыт режимінде көрсету үшін жаһандық жарықтандыру нәтижелерін кодтайды.
Амбиентті окклюзия
Воксельдік жаһандық жарықтандыру: Бірнеше нұсқалар бар, оның ішінде воксельдік конус жаһандық жарықтандыру, сирек воксельдік октаэдр жаһандық жарықтандыру және воксельдік жаһандық жарықтандыру (VXGI).
Жарық таралу көлемдері жаһандық жарықтандыру: Жарық таралу көлемдері – нақты уақытта жаһандық жарықтандыруды (GI) шамамен алу техникасы. Ол кеңістіктік және бұрыштық жарық таралуын бейнелеу үшін торлар мен сфералық гармоникаларды (SH) пайдаланады. Варианты: каскадтық жарық таралу көлемдері.
Кейінге шегерілген сәулеленуді беру жаһандық жарықтандыру
Терең G буферіне негізделген жаһандық жарықтандыру
Белгіленген қашықтық өрістері
Динамикалық диффузиялық жаһандық жарықтандыру
Жаһандық жарықтандыру, серффельдерге негізделген.