Исследование и разработка алгоритмов, методов и программных средств для задач синтеза реалистичных изображений

• Автор: Волобой, Алексей Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Методы ускорения моделирования освещенности.

1.1. Октарное дерево. Метод его компактного хранения

1.1.1. Задача компактного представления октарного дерева

1.1.2. Компактное представление октарного дерева

1.1.3. Вопросы реализации алгоритма.

1.1.4. Результаты.

1.2. Равномерное разбиение пространства. Равномерное разбиение с делением подобластей.

1.2.1. Равномерное разбиение пространства.

1.2.2. Равномерное разбиение пространства с равномерным делением подобластей.

1.2.3. Результаты.
Глава 2. Методы преобразования физической яркости в координаты ЯСВ графического дисплея.
2.1. Динамический подбор палитры в системах реалистической визуализации
2.1.1. Восприятие цвета, цветовое пространство
2.1.2. Постановка задачи
2.1.3. Метод динамического подбора палитры
2.1.4. Вопросы реализации алгоритма.
2.1.5. Результаты
2.2. Эффективный оператор сжатия динамического диапазона яркостей.
2.2.1. Алгоритм оператора сжатия динамического диапазона.
2.2.2. Оценка параметров алгоритма.
2.2.3. Результаты
Глава 3. Контекстная визуализация пространственных данных
3.1. Примеры контекстной визуализации.
3.2. Обзор возможностей системы контекстной визуализации
3.2.1. Формы визуального представления пространственных данных
3.2.2. Презентационные наборы данных.
3.2.3. Элементы презентации
3.2.4. Средства анимации.
3.2.5. Инструмент редактирования сцен и моделирования освещенности.
3.3. Вопросы реализации.
3.4. Дополнительные возможности системы контекстной визуализации .
3.5. Результаты.
Глава 4. Моделирование освещенности и синтез реалистичных изображений через Интернет.
4.1. Архитектура Интернетприложения для интерактивного физически аккуратного моделирования освещенности.
4.2. Возможности программного комплекса с точки зрения конечного
пользователя
4.3. Интерфейс программного комплекса.
4.4. Методы ускорения моделирования освещенности и генерации изображений
4.4.1. Методы ускорения расчета глобальной освещенности.
4.4.2. Параллельные и распределенные вычисления.
4.5. Средства администрирования программного комплекса.
4.6. Результаты
Глава 5. Синтез реалистичных изображений в реальном времени.
5.1. Базовые принципы построения системы генерации реалистичных изображений в реальном времени.
5.2. Архитектура приложения
5.3. Естественное освещение и генерация теней
5.4. Визуализация оптически сложных материалов.
5.5. Зеркальные отражения и эффекты вторичной освещенности.
5.6. Результаты
Заключение.
Список литературы


Наиболее общий способ описания отражающих (светорассеивающих) свойств поверхности - задание двунаправленных функций отражения/пропускания (ДФО/ДФП или BRDF/BTDF - Bidirectional Reflcction/Transmittance Distribution Function в англоязычной литературе) []. ДФО, заданная в каждой точке поверхности, определяет какая часть энерг ии, принятая с направления win будет рассеяна поверхностью в направлении woul (рис. Таким образом, в общем случае, ДФО в каждой точке является функцией двух направлений. Рис. Задание ДФП в сферической системе координат (система координат и схема задания углов, определяющих направления У|П (а, ф) и уои| (0, ф)). Источники света - это объекты сцены, излучающие световую энергию. Эти объекты могут быть как частью геометрии сцены (так называемые «самосветящиеся» объекты), так и некими абстрактными объектами, не привязанными к геометрии. В реальной жизни идеальных точечных источников, вообще говоря, не существует. Но для практических приложений точечные источники имеют важное оптимизационное значение. Например, в большинстве задач дизайна интерьеров круглые лампочки накаливания можно считать точечными источниками света, но такое приближение для длинных неоновых ламп во многих случаях оказывается неприемлемым. Но даже использование точечных источников бывает недостаточно эффективным, если при моделировании необходимо учитывать геометрические элементы лампы, такие как, например, отражатель или абажур. Моделирование таких детальных объектов требует дополнительных вычислительных ресурсов. В то же время для крупномасштабных сцен, например комнаты или холла, они легко могут быть заменены на точечные источники света с гониограммами. Гониограмма (в оптике также называемая индикатриссой рассеяния) - это описание распределения светимости (яркости) источника света по всем направлениям пространства. В настоящее время практически все производители осветительных приборов и ламп предоставляют файлы с описанием гониограмм своей продукции. Наиболее распространенным международным форматом полного описания источника света является формат «IES LM», принятый международной организацией IESNA (The Illuminating Engineering Society of North America) [] в году. Параметры наблюдения сцены. Три предыдущие компоненты (т. Но изображение, получаемое на экране монитора, в значительной степени зависит от параметров наблюдения, то есть от положения наблюдателя, направления зрения, фокусного расстояния камеры, ее разрешения и т. В компьютерной графике самая популярная модель наблюдения - модель точечной камеры. В этом случае для каждой точки экрана можно однозначно указать телесный угол, под которым она видна из глаза, и найти поверхности, покрываемые этим телесным углом, т. Яркость данной точки определяется усреднением яркостей всех поверхностей, видимых через нее. В основе моделирования распространения света лежат законы геометрической оптики: закон прямолинейного распространения света, принцип обратимости (именно этот принцип позволяет моделировать распространение света как в прямом направлении - от источника света, так и в обратном - из глаза наблюдателя), законы отражения и преломления света. Распространение света рассчитывается с помощью алгоритма трассировки лучей, предложенного впервые в работе Vhittcd [4]. В этом алгоритме происходит трассировка луча от глаза наблюдателя через каждую точку экрана до пересечения его с объектом сцены, т. В понятие трассировки вкладывается нахождение пересечения луча с ближайшим объектом. В точке взаимодействия луча с объектом рассчитывается ее яркость в зависимости от освещенности точки и свойств поверхности пересеченного объекта [5, ]. Вычисление освещенности точки требует трассировки лучей, направленных на источники света (определение освещена ли точка источником света или находится в тени), и порождающих (преломленных сквозь объект и отраженных от него) лучей. Для определения интенсивности порождающих лучей они должны быть протрассированы вместе со своими порождающими и так далее. Метод обратной трассировки лучей [] проиллюстрирован на рисунке 4.