글로벌 조명

전역 조명 없이 렌더링.천장 램프의 직사광선 밖에 있는 영역에는 정의가 결여되어 있습니다.예를 들어, 램프의 하우징은 완전히 균일한 것처럼 보입니다.주변 조명이 렌더에 추가되지 않으면 균일하게 검은색으로 표시됩니다.

글로벌 조명을 통한 렌더링.빛은 표면에 의해 반사되고 색깔 있는 빛은 한 표면에서 다른 표면으로 전달됩니다.빨간색 벽과 녹색 벽(보이지 않음)의 색상이 씬(scene)의 다른 표면에 어떻게 반사되는지 확인합니다.또한 눈에 띄는 것은 유리구를 통과하는 빛으로 인해 붉은 벽에 투사된 가성 물질이다.

글로벌 일루미네이션(GI^[1]) 또는 간접 일루미네이션은 3D 장면에 보다 사실적인 조명을 추가하기 위해 3D 컴퓨터 그래픽에 사용되는 알고리즘 그룹입니다.이러한 알고리즘은 광원에서 직접 발생하는 빛(직접 조명)뿐만 아니라, 반사 여부에 관계없이 동일한 광원의 빛이 장면의 다른 표면에 반사되는 후속 사례(간접 조명)도 고려한다.

이론적으로 반사, 굴절 및 그림자는 모두 지구 조명의 예입니다. 왜냐하면 시뮬레이션할 때 한 물체가 다른 물체의 렌더링에 영향을 미치기 때문입니다(물체는 직접적인 광원의 영향을 받는 것과는 대조적으로).그러나 실제로는 확산 상호반사 또는 가성 시뮬레이션만 전역 조명이라고 한다.

알고리즘

전역 조명 알고리즘을 사용하여 렌더링되는 영상은 직접 조명 알고리즘만 사용하는 이미지보다 더 사실적으로 나타납니다.그러나 이러한 이미지는 계산상 비용이 더 많이 들고 결과적으로 생성 속도가 훨씬 느립니다.한 가지 일반적인 접근방식은 장면의 전역 조명을 계산하고 해당 정보를 지오메트리와 함께 저장하는 것이다(예: 방사선성).저장된 데이터를 사용하여 값비싼 조명 계산을 반복할 필요 없이 장면의 워크스루를 생성하기 위해 다른 시점에서의 이미지를 생성할 수 있습니다.

방사성, 광선 추적, 원뿔 추적, 경로 추적, 체적 경로 추적, 메트로폴리스 광 트랜스포트, 주변 폐색, 광자 매핑, 부호 거리 필드 및 이미지 기반 조명은 모두 글로벌 조명에 사용되는 알고리즘의 예이며, 이들 중 일부는 빠르지는 않지만 정확한 결과를 얻기 위해 함께 사용될 수 있다.

이러한 알고리즘은 전역 조명의 매우 중요한 부분인 확산 상호 반사를 모델링한다. 그러나 대부분의 알고리즘(방사성 제외)은 또한 거울 반사를 모델링하기 때문에 조명 방정식을 풀고 보다 사실적으로 조명되는 장면을 제공하기 위한 보다 정확한 알고리즘을 만들 수 있다.장면 표면 간의 빛 에너지 분포를 계산하는 데 사용되는 알고리즘은 엔지니어링 설계에서 유한 요소 방법을 사용하여 수행되는 열 전달 시뮬레이션과 밀접한 관련이 있다.

광리알리즘

아키텍처 모델의 외부 뷰

주변 폐색층의 예

실시간으로 글로벌 조명을 정확하게 계산하는 것은 여전히 어렵다.^[2]실시간 3D 그래픽에서 전역 조명의 확산 상호 반사 구성요소는 조명 방정식의 "주변" 용어로 근사할 수 있습니다. 3D 소프트웨어 패키지에서는 "주변 조명" 또는 "주변 색상"이라고도 합니다.이 근사 방법(실제로 전역 조명 방법이 아니기 때문에 "치트"라고도 함)은 계산적으로 수행하기가 쉽지만 단독으로 사용할 경우 적절하게 현실적인 효과를 제공하지 못한다.주변 조명은 3D 장면에서 그림자를 "평탄하게" 만들어 전체적인 시각적 효과를 더 밋밋하게 만드는 것으로 알려져 있습니다.그러나 주변 조명을 적절히 사용하면 처리 능력 부족을 보완하는 효율적인 방법이 될 수 있습니다.

절차.

3D 프로그램에서는 글로벌 조명을 효과적으로 시뮬레이션할 수 있는 전문 알고리즘이 점점 더 많이 사용되고 있습니다.이러한 알고리즘은 렌더링 방정식의 수치 근사치입니다.글로벌 조명 계산을 위한 잘 알려진 알고리즘에는 경로 추적, 광자 매핑 및 방사성이 포함됩니다.여기에서는, 다음의 어프로치를 구별할 수 있습니다.

$L=(1-T)^{-1}L^{e}\,$ : L $L=(1-T)^{-1}L^{e}\,$ ( $L=(1-T)^{-1}L^{e}\,$ - $L=(1-T)^{-1}L^{e}\,$ ) - $L=(1-T)^{-1}L^{e}\,$ $L=(1-T)^{-1}L^{e}\,$ e ( \ $displaystyle$ L = ( 1 - T $)^{$ - $1$ L $^{ e$ } , }
- 실제로는 적용되지 않습니다.
$L=\sum _{i=0}^{\infty }T^{i}L^{e}$ : L $L=\sum _{i=0}^{\infty }T^{i}L^{e}$ i $L=\sum _{i=0}^{\infty }T^{i}L^{e}$ $L=\sum _{i=0}^{\infty }T^{i}L^{e}$ $L=\sum _{i=0}^{\infty }T^{i}L^{e}$ $L=\sum _{i=0}^{\infty }T^{i}L^{e}$ e \ $displaystyle$ L = \ $sum$ _ { i $L=\sum _{i=0}^{\infty }T^{i}L^{e}$ = $0$ }^{ \ $infty$ } $T^$ { $i$ } $L^$ { $e$ }
- 쌍방향 어프로치 : 광자매핑 + 분산광선 트레이스, 쌍방향 패스 트레이스, 메트로폴리스 라이트 트랜스포트
$L_{n}tl_{e}+=L^{(n-1)}$ : $L_{n}tl_{e}+=L^{(n-1)}$ n $L_{n}tl_{e}+=L^{(n-1)}$ $L_{n}tl_{e}+=L^{(n-1)}$ + $=$ ( $L_{n}tl_{e}+=L^{(n-1)}$ - $L_{n}tl_{e}+=L^{(n-1)}$ ) $L_{n}tl_{e}+=L^{(n-1)}$ { $displaystyle L_{n}tl_{e$ }+= $L^{(n-1)}}$
- 전파성

Light-path 표기법에서 L(DS) 유형의 경로는 * E에 해당합니다.

완전한 치료는 에서 찾을 수 있다.

이미지 기반 조명

실제 글로벌 조명을 시뮬레이션하는 또 다른 방법은 환경 지도라고도 하는 HDRI(High-Dynamic-Range Images)를 사용하는 것입니다. HDRI는 현장을 둘러싸고 조명합니다.이 프로세스를 이미지 기반 조명이라고 합니다.

메서드 리스트

방법	설명/주의
레이 트레이스	샘플링, 에일리어싱 및 소프트섀도우와 관련된 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 확장 베리안트가 존재합니다.분산 레이 트레이스, 콘 트레이스, 빔 트레이스.
패스 트레이스	바이어스 없음, 바리안트: 양방향 경로 트레이스 및 에너지 재배포^[4] 경로 트레이스
광자 매핑	일관성, 편향, 향상된 변형: 점진적 광자 매핑, 확률적 점진적 광자 매핑()^[5]
라이트컷	향상된 변형:다차원 라이트컷 및 양방향 라이트컷^[6]
포인트 기반 글로벌 조명	영화 애니메이션에^[7]^[8] 널리 사용됨
전파성	유한 요소 방식, 사전 계산에 매우 적합합니다.개량된 버전은 인스턴트^[9] 무선성과 양방향 인스턴트^[10] 무선성입니다.
메트로폴리탄 경교통	양방향 경로 추적을 기반으로 구축되어 편향되지 않고 다중화됨^[11]
구형 고조파 조명	정적 장면의 실시간 렌더링을 위한 전역 조명 결과를 인코딩합니다.
주변 폐색	신체적으로 올바른 방법은 아니지만 전반적으로 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.프리컴퓨팅에 최적.
Voxel 기반의 글로벌 일루미네이션	복셀 콘 트레이스 글로벌 ^[12]일루미네이션, 스파스 복셀 옥트리 글로벌 일루미네이션, 복셀 글로벌 일루미네이션(VXGI)^[13]을 포함한 여러 변종이 존재한다.
광전파 볼륨 전역 조명^[14]	광전파량은 거의 실시간으로 글로벌 일루미네이션(GI)을 달성하는 기술이다. 격자 및 구형 고조파(SH)를 사용하여 장면에서 빛의 공간 및 각도 분포를 나타냅니다.다양한 계단식 광전파 볼륨.^[15]
지연된 광도 전달 전역 조명^[16]
딥 G 버퍼 기반의 글로벌 조명^[17]
부호 있는 거리 필드 동적 확산 전역 조명^[18]
Surfel^[19] 기반의 글로벌 조명

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

글로벌 조명 및 주변 색채 효과를 보여주는 비디오
실시간 GI 데모– 실행 가능한 데모 목록으로 실용적인 실시간 GI 기술 조사
kuleuven - 이 페이지에는 컴퓨터 그래픽스에서 글로벌 조명 알고리즘에 유용한 공식과 방정식의 대부분을 정리한 Global Illumination Compendium이 포함되어 있습니다.
몬테카를로 패스 트레이싱을 이용한 글로벌 일루미네이션 이론 및 실용화

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