Отражение (компьютерная графика)

Моделирование отражающих поверхностей

Модель трассировки 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 отображение окружения . Отражения на блестящих поверхностях, таких как дерево или плитка, могут добавить фотореалистичных эффектов 3D-рендеринга .

Подходы к визуализации отражений

Сравнение точных отражений, вычисленных с помощью трассировки пути (слева), приблизительных отражений с помощью отображения среды (посередине) и отражений в пространстве экрана (справа)

Для рендеринга отражений окружающей среды существует множество методов, различающихся по точности, вычислительной сложности и сложности реализации. Возможны также комбинации этих методов.

Алгоритмы рендеринга порядка изображений, основанные на трассировке лучей света, такие как трассировка лучей или трассировка пути , обычно вычисляют точные отражения на общих поверхностях, включая множественные отражения и самоотражения. Однако эти алгоритмы, как правило, все еще слишком вычислительно дороги для рендеринга в реальном времени (даже несмотря на то, что существует специализированное HW, такое как Nvidia RTX ) и требуют иного 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, один для вида в зеркале, обычно с помощью буфера трафарета . ^[1] Некоторые старые видеоигры использовали трюк для достижения этого эффекта с помощью однопроходного рендеринга, помещая всю зеркальную сцену за прозрачную плоскость, представляющую зеркало. ^[2]

Отражения на неплоских (искривленных) поверхностях более сложны для рендеринга в реальном времени. Основные используемые подходы включают:

• Картирование окружения (например, кубическое отображение ): метод, который широко использовался, например, в видеоиграх, предлагая приближение отражения, которое в основном достаточно для глаза, но не имеет самоотражения и требует предварительной визуализации карты окружения. ^{[3] : 174} Точность может быть увеличена за счет использования пространственного массива карт окружения вместо одной. Также возможно генерировать отражения кубической карты в реальном времени, за счет памяти и вычислительных требований. ^[4]
• Отражения в экранном пространстве (SSR): более затратная техника, которая отслеживает лучи отражения в экранном пространстве (в отличие от мирового пространства, например, в трассировке лучей). Это делается для каждого визуализированного пикселя отраженной поверхности с использованием нормали поверхности и глубины сцены. Недостатком является то, что объекты, не захваченные в визуализированном кадре, не могут отображаться в отражениях, что приводит к неразрешенным пересечениям и неполному отражению изображения, впоследствии вызывающему артефакты на краю отражения. SSR изначально был представлен как Real Time Local Reflections в CryENGINE 3. [ ^5]

Виды отражения

Полированный

- Полированное отражение — это неискаженное отражение, подобное зеркалу или хромированной поверхности.

Размыто

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

Металлический

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

Глянцевый

- Этот термин может быть использован неправильно: иногда это настройка, которая является противоположностью размытости (например, когда "глянцевость" имеет низкое значение, отражение размыто). Иногда 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, отражающее 100%

Зеркала обычно отражают почти 100% света.

Металлическое отражение

Большая сфера слева — синяя, ее отражение отмечено как металлическое. Большая сфера справа — того же цвета, но у нее не выбрано металлическое свойство.

Обычные (неметаллические) объекты отражают свет и цвета в исходном цвете отражаемого объекта. Металлические объекты отражают свет и цвета, измененные цветом самого металлического объекта.

Размытое отражение

Большая сфера слева имеет резкость, установленную на 100%. Сфера справа имеет резкость, установленную на 50%, что создает размытое отражение.

Многие материалы являются несовершенными отражателями, в которых отражения в разной степени размыты из-за шероховатости поверхности, которая рассеивает отраженные лучи.

Глянцевое отражение

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

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

Примеры размышлений

Отражения на мокром полу

Эффект мокрого пола ^{[6] [ нужен лучший источник ]} — это техника графических эффектов, популярная в сочетании со страницами в стиле Web 2.0 , особенно в логотипах . Эффект можно сделать 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 градиент и часто наклон в отражении, так что зеркальное изображение кажется парящим над мокрым полом или покоящимся на нем.

Смотрите также

• Модель освещения
• Ламбертовское отражение
• Трассировка лучей
• Картографирование отражений
• Рендеринг (компьютерная графика)
• Зеркальное отражение (оптика)

Ссылки

1. Клигард, Марк (1999). «Улучшение теней и отражений с помощью трафаретного буфера». ResearchGate : 7 . Получено 25 апреля 2020 г. .
2. Секреты за кадром, Metal Gear Solid: Twin Snakes - Boundary Break. 2016-11-28. Событие происходит в 4:32 . Получено 25 апреля 2020 г.
3. Фернандо, Рандима; Килгард, Марк (2003). Учебник Cg. Полное руководство по программируемой графике реального времени . Addison-Wesley Professional. ISBN 9780321194961.
4. Хонгтонгсак, Кевин. "Динамическое кубическое отображение". people.engr.tamu.edu . Получено 2024-03-09 .
5. Касьян, Николай; Шульц, Николас; Соуза, Тиаго (18 августа 2011 г.). «Секреты графической технологии CryENGINE 3» (PDF) . Получено 27 ноября 2022 г.
6. Нейт. "WetFloor". Архивировано из оригинала 2008-05-31.