Ani Esayan

A simple scene (Cornell box) lit both with and without radiosity. Note that in the absence of radiosity, surfaces that are not lit directly (areas in shadow) lack visual detail and are completely dark. Also note that the colour of bounced light from radiosity reflects the colour of the surfaces it bounced off of.

Radiosity գլոբալ լուավորության ալգորիթմ է, որը օգտագորթվում է 3D համակարգչային գրաֆիկայի մատուցմում:Radiosity վերջավոր տարրերի մեթոդի կիրառումն է , մատուցման հավասարման լուծունը հարթ մակերաեսով տեսարանի համար: Ի տարբերություն Monte Carlo մեթոդի(օրինակ ուղղու հետևում), որը լուծում է բոլոր տեսակի լուսավոր ուիները,տիպիկ Radiosity մեթոդը միայն հաշվում է ուղղիների համար , որոնք թողնում են լուսավոր մակերես և արացոլվում են ժամանակի որոշակի հատվածում նախքան աչքին հարվածելը:Այդպիսի ուղիները ներկայացվում են որպես "LD*E":Radiosity հաշվարկները անկախ տեսակետներ են , որոնք առաջացնում են ներգրավված հաշվարկներ, բայց ստիպում են նրանց լինել օգտակար բոլոր տեսակետներից: Radiosity մեթոդները առաջին անգամ զարգացվել են 1950-ական թթ., ջերմատեխնիկայում:Ավելի ուշ նրանք զտվեցին հատուկ մատուցման խնդիրների դիմման համար համակարգչային գրաֆիկայում 1984թ. Քորնելի համալսարանի հետազոտողների կողմից . Քենդի Գորալ, Քեննետ Ե Տորրենս, Դոնալդ Պ. Գրինբերգ և Բ. Բեթթլ:Modeling the interaction of light between diffuse surfaces",, Համակարգչային գրաֆիկա, Vol. 18, No. 3.</ref> Նշանավոր Radiosity շարժիչները լուսավորվել են երկրաչափությունում , ինչպիսիք են Battlefield 3, Need for Speed: The Run, և ուրիշներ: Լուսային տեսարան – Autodesk 3D, Form-Z, Render Zone Plus` Autodesk-ի կողմից:Լուսային ալիքներ 3D-ում և EIAS-ում:

Վիզուալ բնութագրեր

Difference between standard direct illumination without shadow umbra, and radiosity with shadow umbra

Radiosity-ի հաշվարկների ընդգրկումը տրամադրման գործընթացում հաճախ տալիս է ռեալիզմի տարրեր պատրաստի տեսարանին , շնորհիվ այն բանի , որ կրկնօրինակում է ռեալ աշխարհի երևույթները:Քննարկենք մի պարզ սենյակի տեսարան: Ձախ կողմի նկարը տպիկիկ անմիջական լուսավորման ցուցանմուշ է: Կա 3 տիպի լուավորում. այս տեսարանում ,որը մասնավորապես ընըրված է և տեղադրված է արտիստի կողմից, ռեալիստական լուսավորման միտում կա. վատ լուսավորում ստվերներով(տեղադրված է պատուհանից դուրս, հատակին լույսը գցելու համար), շրջապատող լուսավորում և ուղղորդված լուսավորում առանց ստվերների:

Աջ կողմի նկարում ցուցադրված է radiosity ալգորիթմի օգտագործումը:Կա միայն մեկ լույսի աղբյուր. երկնքի պատկերը գտնվում է պատուհանից դուրս:Տարբերությունները նշված է:Սենյակը լուսավորվում է լույսով: Հատակի վրա տեսանելի են թեթևակի ստվերներ և նուրբ լոիսային էֆեկտները նկատելի են ողջ սենյակում : Ավելին , գորգի կարմիր գույնը արտապատկերվում է մոխրագույն պատերի վրա, տալով դրանց փոքր ինչ ջերմ տեսք: Այս էֆեկտներից ոչ մեկը հատու ընտրված և մշակված չէ արտիստի կողմից:

Radiosity ալգորիթմի նկարագրությունը

Ցուցադրող տեսարանների մակերեսները միմյանցից բաժանված են մեկ կամ ավելի փոքր մակերեսների : Տեսողական գործոնը հաշվարկվում է յուրաքանչյուր կտորի մասի համար:Տեսողական գործոնները (նաև հայտնի է ձևի գործոն) նակարագրող գործակիցներ են , թե ինչքան լավ հատվածները կարող են նայել մեկը մյուսին : Հատվածները որոնք շատ հեռու են միմյանցից կամ ուղղորդված անկյունում, հարաբերականորեն շեղված մեկը մյուսից , կունենան ավելի փոքր տեսարանի գործոններ: Եթե մյուս հատվածները մեկ ուղղու վրա են , տեսարանի գործոնները կնվազեն կամ կլինեն զրոյական , կախված նրանից օքուլյացիան մասնակի է թե անբողջական: Տեսարանի գործոնները օգտագործվում են որպես գործակիցներ ներկայացվող հավասարման գծային ձև , որը զիջում է հավասարումների գծային ձև , որը արտադրում է հավասարումների գծային համակարգ:Պրոգրեսիվ radiosity –ին լուծում է համակարգը:Այսպես , ամեն բազմակրկնությունից հետո, մենք ունենք միջանկյալ radiosity արժեքներ հատվածների համար : Այդ միջանկյալ հատվածների արժեքները համապատասխանում են ցատկումային մակարդակներին : Այսինքն մեկ բազմակրկնությունից հետո մենք իմանում ենք լույսի մեկ ցատկից, հետո ինչպես է նայվում տեսարանը, հետո երկու անգամ երկու ցատկ և այլն: Պրոգրեսիվ radiosity-ն օգտակար է տեսնելու միջանկյալ տեսարանի տեսքը :Նաև օգտվողները կարող են դադարեցնել բազմակրկնությունը, անագմ եթե պատկերը բավականին լավ է նայվում , այլ ոչ թե սպասել թվային զուգամիտությունների հաշվարկին:

As the algorithm iterates, light can be seen to flow into the scene, as multiple bounces are computed. Individual patches are visible as squares on the walls and floor.

Մյուս տարածված մեթոդը,radiosity հավասարումը լուծելու համար “ կրակող radiosity” –ն է որը բազմակրկնորեն լուծում է radiosity հավասարումը “ կրակելով” լույսը հատվածից, յուրաքնչյուր քայլին ամենաշատ սխալներով:Առաջին անցումից հետո , միայն այն հատվածները , որոնք լույսի անմիջական գծի վրա են , արձակվող հատվածը կլուսավորվի :Երկրորդ անցումից հետո ավելի շատ հատվածներ կդառնան լուսավոր , քանի որ լույսը սկսվում է ցատկից տեսարանի շուրջը: Տեսարանը շարունակում է ավելի և վերջիվերջո հասնում է կայուն վիճակի:

Մաթեմատիկական ձևակերպումները

Հիմնական radiosity մեթոդն ունի իր հիմքերը ջերմային ճառագայթման տեսության մեջ , սկսած նրանից որ radiosity –ին լույսի էներգիայի ծավալի փոխանցումը մակերեսների մեջ հաշվելու վրա: Հաշվարկները պարզեցնելու նպատակով , մեթոդը ենթադրում է , որ բոլոր սփռումները անթերի ջևով ցրված են: Հետո այս բրիքդաունը լույսի էներգիայի փոխանցման ծավալը կարող է հաշվարկվել օգտագործելով հայտնի արտացոլվող հատվածի արտացոլումը համեմատում է 2 հատվածների երկրաչափական ուղղվածությամբ և կարելի է մտածել նաև ընհանուր հնարավորությունների արձակման տարածքի խմբակցություն , որը ընդգրկաված է երկրորդ հատվածում: Ավելի ճիշտ radiosity B մեկ միավոր տարածքի էներգիան է , լուսավորված հատվածի մակերեսին մեկ դիսկրետ ժամանակային ինտեվալում և արտանետված ու արտացոլված էներգիայի համադրությունն է :

B(x)\,dA=E(x)\,dA+\rho (x)\,dA\int _{S}B(x'){\frac {1}{\pi r^{2}}}\cos \theta _{x}\cos \theta _{x'}\cdot \mathrm {Vis} (x,x')\,\mathrm {d} A'

որտեղ • B(x)i dAi x կետի շուրջ փոքր dAi տարածքում թողնված ընդհանուր էներգիան է • E(x)i dAi արտանետված էներգիան է • p(x) կետի արտացոլումն է • S նշանակում է , որ x' փոփոխականի ինտեգրումը տարածվում է տեսարանի ողջ մակերեսի վրա • r x -ի և x'-ի միջև ընկած հեռավորությունն է • θx և θx' – x և x' միջև գծով միաված անկյուններն են • Vis(x, x' ) տեսանելի ֆունկցիան է , սահմանված կարգով լինում է 1, եթե 2 կետերը և միմյանց տեսանելի են , և 0 եթե այդպես չէ

The geometrical form factor (or "projected solid angle") F_ij.

F_ij can be obtained by projecting the element A_j onto a the surface of a unit hemisphere, and then projecting that in turn onto a unit circle around the point of interest in the plane of A_i. The form factor is then equal to the proportion of the unit circle covered by this projection.

Form factors obey the reciprocity relation A_iF_ij = A_jF_ji

Եթե մակերեսները մոտավոր են կախված հատվածների սահմանված թվից , դրանցից յուրաքանչյուրը , որը վերցվել է ունենալեւ համար հաստատուն radiosity Bi և արտանետված pi , վերևի հավասարումը տալիս է radiosity դիսկրետ հավասարում:

B_{i}=E_{i}+\rho _{i}\sum _{j=1}^{n}F_{ij}B_{j}

որտեղ Fij երկրաչափական տեսարանի գործակիցներն են , j ճառագայթման և i հատվածում հաստատվելու համար: Այս հավասարումը կարող է հետո կիրառվել յուրաքանչյուր հատվածի համար: Հավասարումը մոնոխռոմատիկ է , այդ իսկ պատճառով գունավոր radiosity տրամադրումը պահանջում է յուրաքանչյուր պահանջվող մասի հաշվարկ:

Լուծման մեթոդները

Հավասարումը ֆորմալ ձևով կարող է լուծվել , որպես մատրիցային հավասարում , վալով վեկտորի լուծում

B=(I-\rho F)^{-1}E\;

Սա տալիս է ամբողջ«անվերջ ցուցակների» լուծում անմիջականորեն B -ին : Հավասառումը կարող է լուծվել ինտերատիվորեն , պարբերաբար կիրառելով միակ ցատկ վերևի թարմացման բանաձևով: Ֆորմալորեն սա մատրիցային հավասարման լուծում է Ջակոբսի կրկնության կողմից: Որովհետև ρi արտանետումները 1-ից ավելի քիչ են : Այս սխեման զուգամիտվում է արագորեն , որովհետև որպես կանոն պահանջվում է միայն բազմակրկնություն , ճիշտ պատասխան ստանալու համար: Մատրիցային հավասարումների լուծումների համար կարող են օգտագործվել օրինակ Gauss–Seidel մեթոդը , որտեղ նորացված են արժեքները յուրաքանչյուր հատվածի համար: Սա հայտնի է ոպես ալգորիթմի կրակող տարբերակ , ի տարբերություն հավաքող տարբերակի:Օգտագործելուվ տեսարանի գործոնի փոխադարձությունը Ai Fij = Aj Fji , թարմացված հավասարումը կարող է նաև ցրվել Fij տեսարանի գործոնի տեսանկյունից.

A_{i}B_{i}=A_{i}E_{i}+\rho _{i}\sum _{j=1}^{n}A_{j}B_{j}F_{ji}

Երբեմն սա հայտնի է որպես “հզոր” ձևակերպում, դա հիմա յուրաքանչյուր էլեմանտի փոխանցման ուժն է , որը նորացվում է , այլ ոչ թե դրաradiosity –ն: Fij տեսարանի գործոնը կարող է ինքնիրեն հաշվվել տարբեր ձևերով: Վաղ մեթոդները օգտագործում էին կիսախորանարդներ(մշակվել է 1985թ.): Կիսախորանարդի մակերեսը բաժանվում էր պիկսելների(ինչպես քառակուսիների), որոնցից յուրաքանչյուր տեսարանի գործոն կարող էր վերլուծորեն հեշտությամբ հաշվարկվել: Ամբողջ ձևի գործոնը կարող էր լինել մոտավոր, ավելացնելով յուրաքանչյուր փոքր քառակուսիները: Կիսախորանարդների նախագծումը , որը կարող էր հարմարվել ստանդարտ մեթոդներից պոլիգոնների տեսանելիության որոշմանը նույնպես լուծում է միջամտվող հատվածների խնդիրը մասամբ: Սակայն այս բոլորի հաշվարկը բավականին թանկ է , քանի որ իդեալական ձևի գործոնները պետք է բխեն հատվածների ամեն հնարավոր զույգից , հանգեցնելով հաշվարկի աելացմանը , որպես հատվածների թվի ավելացում: Սա կարող է որոշակիորեն կրճատվել օգտագործելով բինար ծառ , նվազեցնելու համար ժամանակի անիմաստ ծախսը,որոշելով որ հատվածներն են ամբողջությամբ թաքնված մյուսներից ` բարդ տեսարանում: Նոր մեթոդները ներառում են ադապտիվ ինտեգրումը:

NIST Report NISTIR-6925, see also http://view3d.sourceforge.net/</ref>

Ստուգման մոտեցումներ

Այս թարմացումները կարող են գնահատվել ըստ ստուգման մեթոդների , առանց երբևիցե ստիպված լինելու հաշվելու գործոնը հստակորեն: 1990 – ակն թթ. Կեսերից սկսած նման ստուգման մոտեցումները եղել են մեթոդներ ամենաշատ օգտագործված գործնական radiosity հաշվարկների համար: Հավաքված ինտենսիվությունը կարող է գնահատվել ըստ արտադրող մի շարք նմուշների , մեկ միավորի շրջանակում , վերածվելով կիսագնդի:Ընդհանուր հավաքած ինտենսիվության գնահատումը դա միայն ռադիոսիթիների միացումն է հայտնաբերված յուրաքանչյուր ճառագայթներից: Համանման ձևով հզոր ձևակերպումները ուժը կարող են բաժանել արձակելով շատ ճառագայթներ, ճառագայթահարելով նույն ձևով և տարածելով ուժը յուրաքանչյուր տարրի միջև հավասարապես:Սա էապես նույն բաշխումն է , որը ուղին հետևող ծրագրով պետք է համեմատի հետ եկած ցրվող քայլի հետ:Այս մոտեցումը ինչ-որ չափով ներկայացնում է երկու տեխնիկաների միացում . հիմնական տարբերություններն են , որ radiosity տեխնիկան նպատակ ունի կառուցելու բոլոր տեսարանների մակերեսների փայլի բավականաչափ ճշգրիտ քարտեզ , այլ ոչ թե ուղղակի տվյալ պատկերի ներկայացունը:

Հաշվարկման ժամանակի նվազեցումը

Չնայած իր հիմնական ձևերին radiosity –ին միտում ունի կվադրատորեն աճման ` ժամանակի հաշվարկման մեջ ավելացված երկրաչափությունով (մակերեսներ և հատվածներ) . սա չպետք է լինի միայն գործոն: Radiosity խնդիրը կարող է արտահայտվել որպես մատուցման խնդիր: Ամեն դեպքում հաշվարկվող հաշվարկման ժամանակը աճում է միայն հատվածների թվի հետ : Կառուցվածքային քարտեզի աղոտված տարածքները համապատասխանում են անկյուններին , միացումներին ու խորություններին և կիրառելով դրանք ինքնաորոշման կամ ցրված-քարտեզման միջոցով,radiosity –ին ինչպես հատավածի շփման ազդեցություն կարող է ստեղծվել սքանլայն ստանդարտի հետ :Radiosity լուծումները կարող են արծածվել իրական ժամանակում Lightmaps-ի միջոցով գործող համակարգչի էկրանի վրա, ստանդարտ երկրաչափական արագացման պարատուրայի հետ:

Առավելությունները

A modern render of the iconic Utah teapot. Radiosity was used for all diffuse illumination in this scene.

Radiosity ալգորիթմի առավելություններից մակը այն է , որ այն համեմատաբար հեշտ է բացատրել և իրականացնել: Սա դարձնում է օգտակար ալգորիթմ ուսանողներին ուսուցանելու գլոբալ լուսավորման ալգորիթմի մասին :Տիպիկանմիջական լուսավորման տարածողները արդեն պարունակում են գրեթե ալգորիթմները (հեռանկարային վերափոծումները, կառուցվացքային քարտեզները, թաքնված մակերեսի հեռացումը) իրականացնելու համար radiosity-ն:Մաթեմատիկական ուժեղ ըմբռնությունը չի պահանջում հասկանալ և իրականացնել այս ալգորիթմը:

Սահմանափակումները

Սիպային radiosity մեթոդները միայն հաշվում են LD*E ձևի լուսավոր հատվածները , հատվածները , որոնք սկսվում են լուսային տեսարանով և կատարում են բազմաթիվ ցատկեր նախքան աչքին հասնելը: Չնայած կան բազմաթիվ մոտեցումներ այլ լուսավորման ազդեցություններին ինտեգրվելու համար , ինչպես օրինակ հայելանման [1]և [2]փայլուն արտացոլումները , radiosity վրա հիմնված մեթոդները սովորաբար չեն լուծում ամբողջական մատուցման հավասարումը:

Հիմնական radiosity-ին նաև ունի խնդիր կարգավորելու հանկարծակի փոփոխությունները ` տեսանելիությունում (օրինակ բարդ եզրերով ստվերներ) կոպտության պատճառով: [3]

Տերմինալոգիայի մասին կարգաբերումներ

Radiosity –ն թերևս առաջին մատուցման ալգորիթմն էր համատարած օգտագործմամբ, որը բացատրվում էր անուղղակի ցրված լուսավորմամբ:Ավելի վաղ տարածման ալգորիթմները , իչպես օրինակ Սպիտակեցնող –ոճի ճառագայթները հսկող , ունակ թին համակարգչային ազդեցությունների , օրինակ արտացոլումները , բեկումները և ստվերները , բայց չնայած լինելով ավելի գլոբալ երևույթներ , այս էֆեկտները հաճախ չէին նշվում որպես [[ “գլոբալ”[[ լուսավորում: Որպես հետևանք ,”գլոբալ լուսավորման” շփոթվում է “սփռված լուսավորման” հետ և “Radiosity”-ն էլ շփոթվում է “գլոբալ” լուսավորուման հետ, խոսակցականում: Radiosity մեթոդը ներկայիս համակարգչային գրաֆիկայի համատեքստում բխում է (և հիմնականում նույնն է) ջերմային փոխանցման radiosity մեթոդից: Այս համատեքստում radiosity մակերեսի վրա թողնված ընդհանուր ռադիացիոն հոսք է (երկուսնել արտացոլված և վերաճառագայթված):

Վկայակոչում

Արտաքին հղումները

Radiosity Overview, from HyperGraph of SIGGRAPH (provides full matrix radiosity algorithm and progressive radiosity algorithm)
Radiosity, by Hugo Elias (also provides a general overview of lighting algorithms, along with programming examples)
Radiosity, by Allen Martin (a slightly more mathematical explanation of radiosity)
RADical, by Parag Chaudhuri (an implementation of shooting & sorting variant of progressive radiosity algorithm with OpenGL acceleration, extending from GLUTRAD by Colbeck)
ROVER, by Tralvex Yeap (Radiosity Abstracts & Bibliography Library)
Radiosity Renderer and Visualizer (simple implementation of radiosity renderer based on OpenGL)
Enlighten (Licensed software code that provides realtime radiosity for computer game applications. Developed by the UK company Geomerics)

Category:3D computer graphics Category:Heat transfer