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第一章、相关技术技术概念
１． ２１图像渲染计算
一个三维模型包含使用一个三维坐标系统定义的几何数据。这个坐标通常被称为世界空间（Ｗord Space）。模型中可能还包含每个物体的材料和自发光信息。计算机显示器上的图像是由大量发光的小点（称为像素Pixel）组成的。在创建一个几何模型的图像时，计算机的任务就是基于模型的信息和指定的视点确定屏幕上每个像素点的颜色。
模型表面的某一点的颜色是由材料的物理性以及表面上的光照决定的。通通常有两种着色算法：局部光照（Local illumination）和全局光照（Global illumination）用来描述表面如何反射和传送光能。
１． ２２局部光照（Local illumination）
局部光照算法只描述单个表面如何反射和传送光能，给出到达一个表面的光线描述，这种算法可预测离开这个表面的光线强度、光学性质（颜色）和发散方式。另外一个任务是确定到达表面的光线的最初来源（一般是指光源）。一个简单的渲染系统在表面被着色时通常只考虑从光源直接发散的光能。
１． ２３全局光照（Global illumination）
要得到精确的效果，不仅要考虑光源发散的光线，还要考虑环境所有表面和光源的相互作用。
例如，一些表面挡住了光线，在另一些表面上形成阴影；有些表面反光，可在这些表面上看到其它表面的倒影；有些表面是透明的，可透过这些表面看到其它表面；有些表面可将光反射到其它表面上。全局光照算法就是在渲染时充分考虑模型中面和面之间的光线的传递。
１． ２４光影跟踪（Ray Tracing）
第一种被开发的全局光照算法称为光影跟踪。光影跟踪是一种繁复的算法，因为要计算的光照效果太多。它可精确的模拟直接光照、阴影、镜面反射和透明材料的拆射等全局光照特性。
光影跟踪的主要劣势是速度很慢，一个中等复杂程度的模型将对环境的计算耗费很多的时间。
光影跟踪的另一个重大缺陷是它没有考虑全局光照的一个重要的特征——表面之间的相互漫反射。（图解１——２）
传统的光影跟踪技术只精确计算从光源直接照射到表面的光照（还有折射、镜面反射、阴影）。但是，正如在例图中的房间所看到的，到达一个表面的光线不仅来自光源（直接光照）。同时还来自于其它表面（间接光照）。如果跟踪一些图像，如图１——２所示，沙发下面，地面、顶面都是黑的，因为它没有得到光源的直接光照。然而根据我们实际生活中，那些黑色的地方不应该是全完黑的，因为它可以接受从四周的墙和地板的间接光照。
１．２５光能传递（Radiosity）
考虑到光影跟踪算法的缺陷，计算机图像专家们借热学工程师模拟发热体表面之间热能辐射传递的算法，开始研究另一种计算全局光照的技术——光能传递。光能传递作为计算机图像领域的一项新技术，从根本上和光影跟踪不同。
光能传递不再是确定屏幕上每一点的颜色，它计算环境中不连续点的光照强度，通过先将原始的表面分割成许多被称为元素的小网格表面来完成这些工作。光能传递对每个网格元素发散到其它网格元素的光照量进行计算，并保存每个网格元素的光能传递值（图1——3）
1．26光能传递和光影跟踪的区别
虽然光影跟踪和光能传递计算方式差别很大，但它在某些方面是互补的，因为每种技术都有自己的优势和劣势。
光影跟踪的优势：
n 精确渲染直接光照、阴影、镜面反射和透明效果。
n 需要内存较少。
光影跟踪的劣势：
n 计算费时；光源的数量会对生成图像所需的时间产生极大的影响。
n 依赖于视图，对每个不同的视图必须重复处理。
n 未考虑漫反射。
光能传递的优势：
n 计算表面之间的漫反射。
n 独立于视图，可快速显示任意视图。
n 很快就可得到可视的结果，图像的精度和质量是逐步细化的。
光能传递的劣势：
n 3D网格化比初始的网格需要更多的内存。
n 表面取样的算法比光影跟踪容易在图像上产生人工痕迹。
n 没有计算镜面反射或透明效果。
光能传递和光影跟踪都不能提供全局光照效果的完全模拟。光能传递长于渲染面与面之间的漫反射，而光影踪长于渲染镜面反射。
通过对两种技术的融合，VIZ4可提供两者的者的优点，而且VIZ在材质上表现的淋漓尽致加上优化过的光能传递算法比往常的光能传递软件的工作效率都要高。这是其它软件无法比拟的。（如图1——1）
左图为光影跟踪效果图 右图为光影跟踪+光能传递效图效
图解一
图解二
VIZ4光照模拟系统使用下面四个光学单位：
n 光通量（Luminous flux）
光通量是单位时间内到达、离开或穿过表面的光能数量。光能量的单位是lumen(lm)，这个单位在国际系统单位和美国系统单位中都使用。可以认为光是颗粒（光子）在空间的运动，达到一个表面的一束的光通量和在一秒种间隔撞击表面的粒子数成正比。
n 照明度（Liiuminance）
照明度是一个表面单位面积内的光通量。这个值很有用，不用考虑表面的大小就可描述在一个表面上的照明情况。国际系统单位使用的是Lux(lx),，等于1 1m/平方米。美国系统单位是footcandle(fc)，等于11 1M/平方英尺。
n 光照度(Luminance)
光照度是一个表面在某一方向上反射光能（照射到一个表面上的光能有一部分被反射到环境中去）。这个数量转换为颜色显示并生成场景的真实渲染图像。光照度是用Candelas/平方米或candelas/平方英尺测量的。Candelas是开始被定义为一根蜡烛发散的光照强度。
光照强度是一个点光源在单位时间内在某一方向上发散的光能。光照强度的单位是Candelas。光照强度用于描述光源的在一个方向上的发散，同时可用于描述光源在不同方向上光照强度的变化。
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雷达卡
发表于 2003-6-24 17:00:00
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发表于 2003-6-26 00:44:00