Co je vykreslovací rovnice?
Vyrovnávací rovnice je aspekt počítačové grafiky, který se zabývá tím, jak světlo vyzařuje a odrazí od povrchů, takže grafičtí designéři mohou vytvářet realistické trojrozměrné (3D) scény. Návrháři musí vzít v úvahu dva faktory: přímé a nepřímé světlo, nebo světlo ze zdroje a světlo, které odrazí od povrchů. Jedním z hlavních médií používajících vykreslovací rovnici je 3D animace, protože bez světla by scény a postavy vypadaly plochě a trapně. Videohry také používají tuto rovnici, ale existují jedinečné výzvy, protože hry se musí vykreslovat v reálném čase. I když je tato technika vykreslování vhodná pro napodobování světla, od roku 2011 existují určitá omezení, která brání dokonalému napodobování světla v reálném světě.
Tato rovnice je trochu složitá a zahrnuje řadu proměnných. Je také možné psát několika různými způsoby, ale vždy je třeba vzít v úvahu řadu proměnných. V rovnici je L o odcházející světlo; x je bod na povrchu a ω je směr. L e je emitované světlo a L i je vstupní světlo. Jedna verze rovnice vypadá takto:
L o (x, ω) = L e (x, ω) + ∫ Ω ƒ r (x, ω ′, ω) L i (x, ω ′) (- ω ′ • n) d ω ′
To znamená, že odcházející světlo se v určitém směru od konkrétního bodu rovná světlu vyzařovanému z tohoto bodu plus integrálu (∫ Ω ) funkce obousměrného rozložení odrazu, příchozího světla a útlumu příchozího světla , přes všechny směry (ω ′) na polokouli určenou n .
Při použití vykreslovací rovnice musí návrháři vzít v úvahu dva typy světla. Přímé světlo je jakékoli světlo, které přichází přímo ze zdroje světla, jako je žárovka nebo slunce. Návrháři musí zajistit, aby světlo vyzařovalo ze zdroje ve správné intenzitě, aby se zajistilo správné odrazení povrchů. Nepřímé světlo je světlo, které není přímo ze zdroje, jako je světlo zakřivené kolem povrchu. To vyžaduje, aby konstruktéři zajistili, aby světlo přesně popisovalo strukturu povrchu a aby se světlo a stíny mísily bez chyb.
Počítačem generované 3D animace používají vykreslovací rovnici k vytvoření realistických scén. Protože jsou 3D animace napodobovány skutečným životem, ať už stylistickým nebo realistickým, vyžaduje toto světlo, aby scény vypadaly realisticky. Bez světla by povrchy a postavy ztratily velkou část své hloubky a mnoho diváků by si mohlo myslet, že scény vypadají trapně. Současně mohou 3D animace vytvořené pro velmi malé děti nebo děti s malými rozpočty používat omezenou světelnou rovnici, která není tak realistická, ale je pro designéry jednodušší.
Videohry používají vykreslovací rovnici často, ale pro designéry to představuje výzvu. Díky 3D animacím jsou návrháři schopni opravit světlo, pokud to vypadá nesprávně; herní návrhář musí programovat světlo, aby fungovalo a vykreslovalo v reálném čase. To často vyžaduje zmenšenou rovnici, která dokáže rychle načíst světlo.
Zatímco vykreslovací rovnice může vytvořit realisticky vypadající světlo, existují určitá omezení, která brání kopírování skutečného života. Ve skutečném světě může světlo reagovat způsoby, které je velmi obtížné programovat. Například, světlo může být absorbováno a odpuzováno s různými vlnovými délkami, nebo to může vyzařovat později namísto okamžitě; Obě tyto programy lze velmi obtížně naprogramovat. Současně, protože většina diváků nebo hráčů je zaměřena na akci animace nebo hry, je nepravděpodobné, že si většina diváků všimne těchto problémů.