Модель взаимодействия света с прозрачными кристаллами для фотореалистического рендеринга

• Автор: Козлов, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Проблема фотореалистического рендеринга кристаллов

1.1. Задача фотореалистического рендеринга кристаллов

1.2. Луч света. Поляризация луча

1.3. Особенности взаимодействия света с кристаллами

1.3.1. Отражение и преломление света

1.3.2. Дисперсия света

1.3.3. Двойное лучепреломление

1.3.4. Коническая рефракция

1.3.5. Поглощение света и плеохроизм
1.4. Подходы к решению задачи
1.4.1. Коммерческие программные продукты
1.4.2. Научно-исследовательские работы
1.5. Заключение по главе
2. Модель взаимодействия луча света с границей двух прозрачных сред
2.1. Математическая постановка задачи
2.2. Необходимая информация о тензорном исчислении
2.3. Особенности распространения света в анизотропной среде
2.4. Взаимодействия луча света с границей двух прозрачных сред
2.5. Алгоритм расчёта порождённых лучей
2.6. Заключение по главе
3. Верификация модели
3.1. Проверка известных фактов и законов из кристаллооптики

3.1.1. Закон Снеллиуса
3.1.2. Закон Брюстера
3.1.3. Двойное лучепреломление
3.2. Интеграция модели в алгоритмы лучевой трассировки
3.3. Расчёт оптических эффектов в кристаллах
3.3.1. Двойное лучепреломление
3.3.2. Внутренняя коническая рефракция
3.4. Верификация методом сравнения с фотографией
3.4.1. Реальная сцена
3.4.2. Виртуальная сцена
3.4.3. Определение геометрии монокристалла
3.4.4. Определение направления оптической оси
3.4.5. Сопоставление виртуальной и реальной камер
3.4.6. Сопоставление спектров источников
3.4.7. Результаты сравнения
3.5. Заключение по главе
4. Модель поглощения луча света в анизотропной среде
4.1. Поглощение света
4.2. Модель поглощения света в анизотропной среде
4.3. Расчёт коэффициентов поглощения света
4.4. Численные эксперименты
4.5. Заключение по главе
5. Программная библиотека LIAC
5.1. Концепция

5.2. Программная архитектура
5.3. Функциональные возможности
5.4. Заключение по главе
Заключение
Литература
Приложение 1. Геометрия монокристалла кальцита
Приложение 2. Программный интерфейс библиотеки ЫАС

Более качественные, в том числе фотореалистические изображения полупрозрачных кристаллов могут быть рассчитаны с помощью программных продуктов для рендеринга, имеющих режим спектрального рендеринга, например, Indigo Renderer [48], Maxwell Render [51]. На рис. 8 (слева) приведено изображение изотропного кристалла, рассчитанное Indigo Render. Отметим, что поляризация луча при расчёте не учитывается, а значит рендеринг анизотропных кристаллов не поддерживается.
Рис. 8. Изображение бесцветного изотропного кристалла, рассчитанное Indigo Render (слева) и изображение бриллианта, рассчитанное DiamCalc
Также существуют специализированные программные продукты для расчёта фотореалистических изображений кристаллов. Такие продукты обычно являются частью программных систем для расчёта огранок кристаллов, например, DiamCalc [65]. Основными требованием к алгоритмам расчёта изображений кристаллов в таких системах является скорость расчёта изображений (в интерактивном режиме), возможность рассчитывать изображений с большим диапазоном интенсивностей, использование в сценах небольших, но ярких источников света для расчёта игры света в камне. Это негативно сказывается на качестве рассчитываемых им изображений: поляризация трассируемого луча не учитывается, изображения анизотропных кристаллов рассчитать нельзя. На