4 Sledenje zarku

Sledenje zarku (Ray Tracing) je metoda, s katero so v racunalniski grafiki dosegli eno od najbolj realisticnih upodobitev objektov[Gla91b]. Zaradi svoje rekurzivne narave lahko simulira veckratne odboje svetlobe med objekti, kot tudi transparentnost povrsin in sence, ter s tem resuje problem globalne osvetlitve (global illumination). Resevanje globalne osvetlitve pomeni, da se pri dolocanju barve povrsine uporabi poleg direktne osvetlitve tudi svetloba, ki prihaja od drugih objektov. Najveckrat metoda temelji na geometrijskem modelu, kjer je osnova zarek, ki potuje po prostoru in se odbija od povrsin. Teoreticno obstajati dve vrsti metode sledenja zarku:

Sledenje naprej.

Tu sledimo zarku od izvora svetlobe, do povrsine, na kateri se odbije na vse strani. Ko sledimo zarek od izvora svetlobe do koncnih povrsin, aproksimiramo realne razmere pri potovanju fotonov. Od vsakega svetlobnega izvora je potrebno poslati mnozico zarkov v vse smeri in slediti njihovem potovanju skozi prostor. Pri potovanju se zarki odbijajo, absorbirajo in prehajajo skozi povrsine. Ce imamo sreco se zarek odbije tudi v smeri gledanja in s tem zaznamo barvo in intenziteto zarka v doloceni tocki. Velika vecina zarkov pa tudi ob veckratnih odbojih ne doseze ocesa. Taki zarki tako ne prispevajo k rezultatu koncne projekcije in so zato racunani brez potrebe.

Sledenje nazaj.

Zarku sledimo od ocesa v zeljeni smeri in iscemo morebitne preseke zarka in objektov. To je sledenje v naprotnem smislu gibanja fotonov v izbranem zarku. Ob uspesnem preseku dolocimo osvetlitev na povrsini in morebitne prispevke svetlobe drugih povrsin. Ker je sledenje zarku v smeri od ocesa proti objektom veliko manj potratna, je zato tudi v edina prakticno uporabna metoda sledenja zarku v racunalniski grafiki. Tako je z imenom sledenje zarku (Ray Tracing) izkljucno misljeno sledenje zarku nazaj.

Mozne so seveda tudi kombinacije obeh pristopov. Vprasanje je le, kaj lahko pridobimo s kombinacijo obeh metod. V zadnjem casu se uporablja kombinacija metode sledenja zarku nazaj skupaj z metodo zarcenja svetlobe (Radiosity) [Shi90]. S to kombinirano metodo se predvsem odpravlja slabosti metode zarcenja, ki se odlikuje po pravilni medsebojni osvetlitvi difuznih povrsin, nima pa vgrajene moznosti zrcalnih odbleskov. Gledano posploseno, ima metoda zarcenja naravo sledenja zarku v smeri od izvora svetlobe do vseh ostalih vidnih povrsin, kar ustreza sledenju naprej. Kombinacija s sledenjem zarku nazaj je ena od uporabnih zdruzitev, kjer se izkoristijo prednosti posamezne metode.

• 4.1 Sistem gledanja
• 4.2 Osnovni rekurzivni algoritem
  • 4.2.1 Sencni zarki
  • 4.2.2 Odbiti in prepusceni zarki
  • 4.2.3 Whittedov algoritem
• 4.3 Geometrija presekov zarka in povrsine
  • 4.3.1 Krogle
  • 4.3.2 Trikotniki
  • 4.3.3 Pregled ostalih povrsin
• 4.4 Izboljsave osnovnega algoritma
• 4.5 Povzetek