レンダリング方程式とは何ですか？

レンダリング方程式は、表面から光がどのように放射および反射するかを扱うコンピューターグラフィックスの側面であるため、グラフィックデザイナーはリアルな3次元（3D）シーンを作成できます。 設計者が考慮しなければならない2つの要素は、直接光と間接光、または光源からの光と表面で跳ね返る光です。 レンダリング方程式を使用する主要なメディアの1つは3Dアニメーションです。これは、光がなければシーンやキャラクターが平らでぎこちなく見えるためです。 ビデオゲームもこの方程式を使用しますが、ゲームはリアルタイムでレンダリングする必要があるため、独自の課題があります。 このレンダリング手法は光の模倣に適していますが、2011年の時点では、現実の世界で光を完全に模倣することを妨げる制限があります。

この方程式は少し複雑で、多くの変数が含まれています。 また、いくつかの異なる方法で作成することも可能ですが、多くの変数を常に考慮する必要があります。 方程式では、 L _oは出射光です。 xは表面上の点であり、 ωは方向です。 L _eは放射光、 L _iは入射光です。 方程式の1つのバージョンは次のようになります。

L _o （x、ω）= L _e （x、ω）+ΩΩƒr（x、ω '、ω） L _i （x、ω'）（—ω '•n）dω'

これが意味することは、特定のポイントから特定の方向に向かう出射光は、そのポイントから放出される光に、双方向反射率分布関数の積分（∫Ω）、入射光、および入射光の減衰を加えたものに等しいことです、 nによって決定される半球のすべての方向（ω '）にわたって。

設計者は、レンダリング方程式を使用するときに2種類のライトを考慮する必要があります。 直接光は、電球や太陽などの光源から直接来る光です。 設計者は、光源から適切な強度で光を放射させて、表面から正しく反射するようにする必要があります。 間接光とは、表面を曲がる光など、光源から直接ではない光です。 このため、設計者は、光が表面のテクスチャを正確に詳述し、光と影がエラーなく混ざり合っていることを確認する必要があります。

コンピューター生成の3Dアニメーションは、レンダリング方程式を使用してリアルなシーンを作成します。 3Dアニメーションは、スタイリスティックなものであれ現実的なものであれ、実際の生活を模倣するために作られているため、このライトはシーンをリアルに見せるために必要です。 光がなければ、表面やキャラクターの奥行きが大きく失われ、多くの視聴者はシーンが不自然に見えると思うかもしれません。 同時に、非常に幼い子供や予算の少ない子供向けに作成された3Dアニメーションでは、それほど現実的ではないが、デザイナーが使用しやすい限定的な光の方程式を使用する場合があります。

ビデオゲームはレンダリングの方程式を頻繁に使用しますが、これはデザイナーにとって難題です。 3Dアニメーションを使用すると、設計者は光が正しくない場合に光を修正できます。 ゲームデザイナーは、リアルタイムで動作してレンダリングするようにライトをプログラムする必要があります。 多くの場合、これにはライトをすばやくロードできる縮小式が必要です。

レンダリングの方程式は、リアルに見える光を作成できますが、実際の生活をコピーできないようにする制限があります。 現実の世界では、光はプログラムするのが非常に難しい方法で反応する可能性があります。 たとえば、光はさまざまな波長で吸収および反発されたり、すぐにではなく後の時間に放出されたりします。 これらの両方をプログラムするのは非常に困難です。 同時に、ほとんどの視聴者またはプレイヤーはアニメーションまたはゲームのアクションに集中しているため、ほとんどの視聴者がこれらの問題に気付くことはほとんどありません。