Co to jest równanie renderowania?
Równanie renderowania jest aspektem grafiki komputerowej, który zajmuje się tym, jak światło promieniuje i odbija się od powierzchni, dzięki czemu graficy mogą tworzyć realistyczne sceny trójwymiarowe (3D). Dwa czynniki, które projektanci muszą wziąć pod uwagę, to bezpośrednie i pośrednie światło lub światło ze źródła i światło odbijające się od powierzchni. Jednym z głównych mediów wykorzystujących równanie renderowania jest animacja 3D, ponieważ bez światła sceny i postacie wyglądałyby płasko i niezręcznie. Gry wideo również używają tego równania, ale istnieją wyjątkowe wyzwania, ponieważ gry muszą być renderowane w czasie rzeczywistym. Chociaż ta technika renderowania jest odpowiednia do naśladowania światła, od 2011 roku istnieją ograniczenia, które uniemożliwiają jej doskonałe naśladowanie światła w prawdziwym świecie.
To równanie jest nieco złożone i obejmuje szereg zmiennych. Możliwe jest również napisanie go na kilka różnych sposobów, ale zawsze należy brać pod uwagę szereg zmiennych. W równaniu L o jest światłem wychodzącym; x jest punktem na powierzchni, a ω jest kierunkiem. L e jest emitowanym światłem, a L i jest światłem przychodzącym. Jedna wersja równania wygląda następująco:
L o (x, ω) = L e (x, ω) + ∫ Ω ƒ r (x, ω ′, ω) L i (x, ω ′) (- ω ′ • n) d ω ′
Oznacza to, że światło wychodzące o określonym kierunku z określonego punktu jest równe światłu emitowanemu z tego punktu plus całka (∫ Ω ) funkcji dwukierunkowego rozkładu odbicia, światła przychodzącego i tłumienia światła przychodzącego , we wszystkich kierunkach (ω ′) na półkuli określonej przez n .
Korzystając z równania renderowania, projektanci muszą wziąć pod uwagę dwa rodzaje światła. Światło bezpośrednie to każde światło, które pochodzi bezpośrednio ze źródła światła, takiego jak żarówka lub słońce. Projektanci muszą sprawić, aby światło promieniowało ze źródła z odpowiednią intensywnością, aby zapewnić prawidłowe odbijanie się od powierzchni. Światło pośrednie to światło, które nie pochodzi bezpośrednio ze źródła, takie jak światło zakrzywione wokół powierzchni. Wymaga to od projektantów upewnienia się, że światło dokładnie wyszczególnia teksturę powierzchni oraz że światło i cienie mieszają się bezbłędnie.
Wygenerowane komputerowo animacje 3D wykorzystują równanie renderowania do tworzenia realistycznych scen. Ponieważ animacje 3D są tworzone w celu naśladowania prawdziwego życia, zarówno stylistycznie, jak i realistycznie, to światło jest wymagane, aby sceny wyglądały realnie. Bez światła powierzchnie i postacie straciłyby wiele ze swojej głębi, a wielu widzów mogłoby pomyśleć, że sceny wyglądają dziwnie. Jednocześnie animacje 3D wykonane dla bardzo małych dzieci lub dzieci o małym budżecie mogą wykorzystywać ograniczone równanie światła, które nie jest tak realistyczne, ale jest łatwiejsze w użyciu dla projektantów.
Gry wideo często używają równania renderowania, ale stanowi to wyzwanie dla projektantów. Dzięki animacjom 3D projektanci mogą poprawić światło, jeśli wygląda niepoprawnie; projektant gry musi zaprogramować światło, aby działało i renderowało w czasie rzeczywistym. Często wymaga to zmniejszonego równania, które może szybko ładować światło.
Chociaż równanie renderowania może tworzyć realistycznie wyglądające światło, istnieją ograniczenia, które uniemożliwiają mu kopiowanie prawdziwego życia. W prawdziwym świecie światło może reagować w bardzo trudny do zaprogramowania sposób. Na przykład światło może być pochłaniane i odpychane przy różnych długościach fal lub emitowane w późniejszym czasie zamiast natychmiast; oba są bardzo trudne do zaprogramowania. Jednocześnie, ponieważ większość widzów lub graczy koncentruje się na akcji animacji lub gry, jest mało prawdopodobne, że większość widzów zauważy te problemy.