Yüzey altı saçılma - Subsurface scattering

Doğrudan yüzey saçılması (sol) artı yüzey altı saçılması (orta) sağdaki son görüntüyü oluşturur.
Bilgisayar tarafından oluşturulan yüzey altı saçılması Blender
Bir insan eli fotoğrafında ışığın gerçek dünyadaki yer altı saçılması

Yüzey altı saçılma (SSS), Ayrıca şöyle bilinir yeraltı hafif taşımacılığı (SSLT),[1] mekanizması ışık bir ışığın yüzeyine nüfuz ettiği taşıma yarı saydam nesne dağınık ile etkileşime girerek malzeme ve yüzeyden farklı bir noktada çıkar. Işık genellikle yüzeye nüfuz edecek ve malzemeden farklı bir açıyla geri dönmeden önce malzemenin içinde düzensiz açılarla birkaç kez yansıtılacaktır. direkt olarak yüzeyden. Gerçekçi sonuçlar için yüzey altı saçılması önemlidir. 3D bilgisayar grafikleri gibi malzemelerin işlenmesi için gerekli olan mermer, cilt, yapraklar, balmumu ve Süt. Yüzey altı saçılma uygulanmazsa, malzeme plastik veya metal gibi doğal görünmeyebilir.

Oluşturma teknikleri

Kullanılan çoğu malzeme gerçek zamanlı bilgisayar grafikleri bugün sadece bir nesnenin yüzeyindeki ışığın etkileşimini açıklar. Gerçekte, birçok malzeme biraz yarı saydamdır: yüzeye ışık girer; emilir, dağılır ve yeniden yayılır - potansiyel olarak farklı bir noktada. Cilt bu noktada iyi bir durumdur; Yansımanın sadece yaklaşık% 6'sı doğrudan,% 94'ü yer altı saçılmasından kaynaklanmaktadır.[2] Yarı saydam malzemelerin doğal bir özelliği soğurmadır. Malzeme ışığı ne kadar ileri giderse, emilen oran o kadar büyük olur. Bu etkiyi simüle etmek için, ışığın malzemenin içinden geçtiği mesafenin bir ölçüsü elde edilmelidir.

Derinlik Haritası tabanlı SSS

Derinlik haritalarını kullanarak derinlik tahmini

Bu mesafeyi tahmin etmenin bir yöntemi, derinlik haritalarını kullanmaktır.[3] benzer bir şekilde gölge eşleme. Sahne, ışığın bakış açısından bir derinlik haritasına dönüştürülür, böylece en yakın yüzeye olan mesafe saklanır. derinlik haritası daha sonra standart kullanılarak üzerine yansıtılır yansıtmalı doku eşleme ve sahne yeniden oluşturuldu. Bu geçişte, belirli bir noktayı gölgelendirirken, ışının yüzeye girdiği noktadaki ışıktan uzaklık, basit bir doku aramasıyla elde edilebilir. Bu değeri ışının nesneden çıktığı noktadan çıkararak, ışığın nesnenin içinden geçtiği mesafenin bir tahminini toplayabiliriz.[kaynak belirtilmeli ]

Bu yöntemle elde edilen mesafe ölçüsü çeşitli şekillerde kullanılabilir. Böyle bir yol, onu, mesafe ile üssel olarak düşen bir sanatçı tarafından oluşturulan 1B dokuya doğrudan indekslemek için kullanmaktır. Bu yaklaşım, diğer daha geleneksel aydınlatma modelleriyle birleştirildiğinde, aşağıdaki gibi farklı malzemelerin oluşturulmasına izin verir. mermer, yeşim ve balmumu.[kaynak belirtilmeli ]

Potansiyel olarak, modeller dışbükey değilse sorunlar ortaya çıkabilir, ancak derin soyma[4] sorunu önlemek için kullanılabilir. Benzer şekilde, derin soyma, daha doğru bir saçılma modeli vermek için yüzeyin altındaki kemik veya kas gibi değişen yoğunlukları hesaba katmak için kullanılabilir.

Sağdaki balmumu kafasının görüntüsünde de görülebileceği gibi, bu teknik kullanılarak nesneden geçerken ışık yayılmaz; arka özellikler açıkça gösterilmiştir. Bunun bir çözümü, derinlik haritasının yüzeyindeki farklı noktalarda birden fazla numune almaktır. Alternatif olarak, yaklaşım için farklı bir yaklaşım kullanılabilir. doku alanı difüzyon.[kaynak belirtilmeli ]

Doku uzay difüzyonu

Bölümün başında belirtildiği gibi, yüzey altı saçılmasının daha belirgin etkilerinden biri, dağınık aydınlatmanın genel bir bulanıklığıdır. Yayılma fonksiyonunu keyfi olarak değiştirmek yerine, difüzyon simüle edilerek daha doğru bir şekilde modellenebilir. doku alanı. Bu teknik, yüzleri görüntülemede öncülük etti. Matrix Yeniden Yüklendi,[5] ancak son zamanlarda gerçek zamanlı teknikler alanına girmiştir.

Yöntem, bir köşe gölgelendiricisi kullanarak bir nesnenin ağını çözer, ilk önce orijinal köşe koordinatlarına göre aydınlatmayı hesaplar. Köşeler daha sonra UV kullanılarak yeniden eşleştirilir doku koordinatları köşe koordinatlarının [0, 1] aralığından normalleştirilmiş cihaz koordinatlarının [-1, 1] aralığına uygun şekilde dönüştürülen köşenin ekran konumu olarak. Sarılmamış ağı bu şekilde aydınlatarak, nesne üzerindeki aydınlatmayı temsil eden 2D bir görüntü elde ederiz, bu daha sonra işlenebilir ve modele bir ışık haritası. Difüzyonu simüle etmek için ışık haritası dokusu basitçe bulanıklaştırılabilir. Aydınlatmayı daha düşük çözünürlüklü bir dokuya dönüştürmek kendi başına belli bir miktar bulanıklık sağlar. Ciltteki yüzey altı saçılmasını doğru bir şekilde modellemek için gereken bulanıklaştırma miktarı hala aktif araştırma aşamasındadır, ancak yalnızca tek bir bulanıklaştırma gerçekleştirmek gerçek etkileri zayıf bir şekilde modeller.[6] Difüzyonun dalga boyuna bağlı doğasını taklit etmek için, (Gauss) bulanıklık sırasında kullanılan örnekler kanala göre ağırlıklandırılabilir. Bu biraz sanatsal bir süreç. İnsan cildi için, en geniş saçılma kırmızıdır, sonra yeşildir ve mavide çok az saçılma vardır.[kaynak belirtilmeli ]

Bu yöntemin en büyük yararı, ekran çözünürlüğünden bağımsız olmasıdır; gölgelendirme, nesnedeki her piksel için değil, doku haritasındaki her metin için yalnızca bir kez gerçekleştirilir. Bu nedenle, açık bir gereklilik, nesnenin iyi bir UV eşlemesine sahip olmasıdır, çünkü doku üzerindeki her nokta, nesnenin yalnızca bir noktasıyla eşleşmelidir. Ek olarak, doku alanı difüzyonunun kullanılması, yumuşak gölgelere katkıda bulunan birkaç faktörden birini sağlar ve gerçekçilik eksikliğinin bir nedenini hafifletir. gölge eşleme.[kaynak belirtilmeli ]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ "Finish: Subsurface Light Transport". POV-Ray wiki. 8 Ağustos 2012.
  2. ^ Krishnaswamy, A; Baronoski, GVG (2004). "İnsan Cildi ile Biyofiziksel Temelli Spektral Işık Etkileşimi Modeli" (PDF). Bilgisayar Grafikleri Forumu. Blackwell Publishing. 23 (3): 331. doi:10.1111 / j.1467-8659.2004.00764.x.
  3. ^ Yeşil Simon (2004). "Yeraltı Saçılımına Gerçek Zamanlı Yaklaşımlar". GPU Taşları. Addison-Wesley Professional: 263–278.
  4. ^ Nagy, Z; Klein, R (2003). "Doku Tabanlı Hacim Oluşturma için Derinlik Soyma" (PDF). 11. Pasifik Bilgisayar Grafikleri ve Uygulamaları Konferansı: 429.
  5. ^ Borshukov, G; Lewis, J. P. (2005). The Matrix Reloaded için "gerçekçi insan yüzü oluşturma""" (PDF). Bilgisayar grafikleri. ACM Basın.
  6. ^ d’Eon, E (2007). "Gelişmiş Görünüm Oluşturma" (PDF). GDC 2007.

Dış bağlantılar