Отражение (компьютерная графика)

Моделирование отражающих поверхностей

Модель с трассировкой лучей, демонстрирующая зеркальное отражение.

Отражение в компьютерной графике используется для визуализации отражающих объектов, таких как зеркала и блестящие поверхности.

Точные отражения обычно вычисляются с помощью трассировки лучей , тогда как приблизительные отражения обычно можно вычислить быстрее, используя более простые методы, такие как картографирование окружающей среды . Отражения на блестящих поверхностях, таких как дерево или плитка, могут добавить фотореалистичных эффектов 3D-рендерингу .

Подходы к рендерингу отражений

Сравнение точных отражений, вычисленных с помощью трассировки пути (слева), приблизительных отражений с картографированием окружающей среды (в центре) и отражений в пространстве экрана (справа).

Для рендеринга отражений окружающей среды существует множество методов, которые различаются точностью, вычислительной сложностью и сложностью реализации. Также возможно сочетание этих методов.

Алгоритмы рендеринга порядка изображений , основанные на отслеживании лучей света, такие как трассировка лучей или трассировка пути , обычно вычисляют точные отражения от обычных поверхностей, включая множественные отражения и самоотражения. Однако эти алгоритмы, как правило, все еще слишком дороги в вычислительном отношении для рендеринга в реальном времени (даже несмотря на то, что существуют специализированные аппаратные средства, такие как Nvidia RTX ) и требуют другого подхода к рендерингу, чем обычно используемая растеризация .

Отражения на плоских поверхностях, таких как плоские зеркала или водные поверхности, можно просто и точно вычислить в реальном времени с помощью двухпроходного рендеринга — один для зрителя, другой для вида в зеркале, обычно с помощью трафаретного буфера . ^[1] В некоторых старых видеоиграх использовался трюк для достижения этого эффекта с помощью рендеринга за один проход, помещая всю зеркальную сцену за прозрачную плоскость, представляющую зеркало. ^[2]

Отражения на неплоских (изогнутых) поверхностях сложнее рендерить в реальном времени. Основные используемые подходы включают в себя:

• Отображение среды (например, отображение куба ): метод, широко используемый, например, в видеоиграх, предлагающий аппроксимацию отражения, которая в большинстве случаев достаточна для глаза, но не имеет самоотражений и требует предварительной визуализации карты окружения. ^{[3] : 174} Точность можно повысить, используя пространственный массив карт окружающей среды вместо одной.
• Отражения в экранном пространстве (SSR): более дорогой метод, который отслеживает лучи отражения в экранном пространстве (в отличие от мирового пространства, например, при трассировке лучей). Это делается для каждого визуализированного пикселя отраженной поверхности с использованием нормали поверхности и глубины сцены. Недостаток заключается в том, что объекты, не захваченные в визуализируемом кадре, не могут появиться в отражениях, что приводит к неразрешенным пересечениям и неполному изображению отражения, что впоследствии приводит к появлению артефактов на краях отражения. SSR изначально был представлен как локальные отражения в реальном времени, но позже был изменен. ^[4]

Виды отражения

Полированный

- Полированное отражение – это ненарушенное отражение, подобное зеркалу или хромированной поверхности.

размытый

- Размытое отражение означает, что крошечные случайные неровности на поверхности материала делают отражение размытым.

Металлик

- Отражение считается металлическим, если блики и отражения сохраняют цвет отражающего объекта.

Глянцевый

- Этот термин можно использовать неправильно: иногда это настройка, противоположная размытию (например, когда «глянцевость» имеет низкое значение, отражение получается размытым). Иногда этот термин используется как синоним «размытого отражения». Глянцевый, используемый в этом контексте, означает, что отражение на самом деле размыто.

Полированное или зеркальное отражение

Зеркало на стене со 100% отражением.

Зеркала обычно отражают почти 100%.

Металлическое отражение

Большая сфера слева синего цвета, а ее отражение отмечено как металлическое. Большая сфера справа имеет тот же цвет, но для нее не выбрано свойство «металлик».

Обычные (неметаллические) объекты отражают свет и цвета исходного цвета отражаемого объекта. Металлические объекты отражают свет и цвета, которые зависят от цвета самого металлического объекта.

Размытое отражение

Для большой сферы слева резкость установлена ​​на 100%. Для сферы справа резкость установлена ​​на 50%, что создает размытое отражение.

Многие материалы являются несовершенными отражателями, в которых отражения в различной степени размыты из-за шероховатости поверхности, рассеивающей лучи отражений.

Глянцевое отражение

Сфера слева имеет нормальное металлическое отражение. Сфера справа имеет те же параметры, за исключением того, что отражение помечено как «глянцевое».

Полностью глянцевое отражение, показывает блики от источников света, но не показывает четкое отражение от объектов.

Примеры отражений

Отражения на мокром полу

Эффект мокрого пола ^{[5] [ нужен лучший источник ]} — это техника графических эффектов , популярная в сочетании со страницами стиля Web 2.0 , особенно в логотипах . Эффект можно создать вручную или создать с помощью вспомогательного инструмента, который можно установить для автоматического создания эффекта. В отличие от стандартного компьютерного отражения (и эффекта воды Java, популярного в веб- графике первого поколения ), эффект мокрого пола включает в себя градиент и часто наклон отражения, так что зеркальное изображение кажется парящим или покоящимся на мокрой поверхности. пол.

Смотрите также

• Модель освещения
• Ламбертовское отражение
• трассировка лучей
• Отображение отражений
• Рендеринг (компьютерная графика)
• Зеркальное отражение (оптика)

Рекомендации

1. Клигард, Марк (1999). «Улучшение теней и отражений с помощью трафаретного буфера». Исследовательские ворота : 7 . Проверено 25 апреля 2020 г.
2. Секреты за кадром, Metal Gear Solid: Twin Snakes - Boundary Break. 28 ноября 2016 г. Событие происходит в 4:32 . Проверено 25 апреля 2020 г.
3. Фернандо, Рандима; Килгард, Марк (2003). Учебник по компьютерной графике. Полное руководство по программируемой графике реального времени . Аддисон-Уэсли Профессионал. ISBN 9780321194961.
4. Касьян, Николай; Шульц, Николас; Соуза, Тьяго (18 августа 2011 г.). «Секреты графической технологии CryENGINE 3» (PDF) . Проверено 27 ноября 2022 г.
5. Нейт. "Мокрый пол". Архивировано из оригинала 31 мая 2008 г.