Название: Рендеринг на основе законов физики
Автор: Мэтт Фарр, Вензел Джейкоб, Грег Хамфрис
Издательство: ДМК Пресс
Год: 2023
Страниц: 1210
Язык: русский
Формат: pdf
Размер: 137,0 MB

Рендеринг – фундамент компьютерной графики. Алгоритмы анимации, геометрического моделирования и текстурирования должны пропускать свои результаты через процесс рендеринга, чтобы они были представлены в виде изображения. В книге описывается рендеринг, основанный на рейтрейсинге, алгоритме трассировки лучей, который способен отображать реалистичные изображения сложных сцен. В конце каждой главы приведены упражнения для закрепления материала.

Рендеринг является фундаментальной составляющей компьютерной графики. На самом высоком уровне абстракции рендеринг представляет собой процесс преобразования описания трехмерной сцены в изображение. Алгоритмы анимации, геометрического моделирования, текстурирования и других областей компьютерной графики должны пропускать свои результаты через процесс рендеринга, чтобы их можно было увидеть как изображение. Рендеринг стал вездесущим: от фильмов до игр и других областей; он открыл новые границы для творческого самовыражения, развлечений и рендеринга.

В этой книге представлен набор современных алгоритмов рендеринга с по­мощью документированного исходного кода полной системы рендеринга. Почти все изображения в этой книге, включая изображение на обложке, были созданы описанным в книге программным обеспечением. Все алгоритмы, которые были объединены для создания этих изображений, описаны на страницах этой книги. Система pbrt создана с использованием методологии программирования, называемой грамотным программированием (или литературным программированием, «literate programming»), которая объединяет прозаический текст, описывающий систему, с исходным кодом, который ее реализует. Мы считаем, что грамотное программирование является ценным способом реализации идей в компьютерной графике и информатике в целом. Часто некоторые тонкости алгоритма могут не проявить себя до тех пор, пока он не будет разработан, поэтому просмотр фактической реализации – хороший способ получить четкое представление о его деталях. Действительно, мы считаем, что такое глубокое понимание ряда тщательно отобранных нами алгоритмов обеспечивает лучшую основу для дальнейшего изучения компьютерной графики, чем поверхностное изучение многих из них.

Чтобы лучше продемонстрировать, как алгоритм реализуется на практике, мы представляем эти алгоритмы в контексте полной и нетривиальной программной системы, что также позволяет нам решать проблемы проектирования и реализации систем рендеринга среднего размера. Разработка основных абстракций и интерфейсов системы рендеринга имеет существенные последствия как на элегантность ее реализации, так и на возможность дальнейшего ее расширения, однако компромиссы в этом пространстве разработки обсуждаются редко.

Работа с системой pbrt, как и все содержание этой книги, сосредоточена исключительно на фотореалистичном рендеринге. Фотореалистичность можно определить по-разному: как задачу создания изображений, не отличимых от тех, что запечатлела бы камера на фотографии, или как создание изображений, реакция на которые у человека, рассматривающего их, не отличима от реакции человека, смотрящего на реальную сцену. Есть много причин сосредоточиться на фотореализме. Фотореалистичные изображения имеют решающее значение для спецэффектов в фильмах, потому что изображения, созданные компьютером, должны составлять естественную часть реального мира фильма. В таких приложениях, как компьютерные игры, где все изображения являются синтетическими, фотореализм выступает эффективным инструментом, позволяющим наблюдателю забыть о том, что он смотрит на сцену, которой на самом деле не существует. Наконец, фотореализм дает четкий критерий оценки качества результата рендеринга.

В числе рассматриваемых тем:

формирование изображения и представление геометрии сцены;
интерфейс и различные реализации камеры;
радиометрия, спектры и цвет;
примитивы и ускорения рендеринга на пересечении;
семплирование и реконструкция модели отражения;
семплинг текстур и генерация структурных координат;
рассеяние света в зависимости от поверхностей и сред распространения;
интерфейс источников света;
рендеринг волнового переноса;
реализация высокопроизводительного интегратора, работающего на GPU.

Издание будет полезно специалистам по компьютерной графике, анимации, инженерам САПР, разработчикам соответствующего ПО, а также студентам и преподавателям. Наша конечная аудитория – разработчики программного обеспечения в компьютерной индустрии. Хотя многие основные идеи книги им уже знакомы, просмотр комментариев к алгоритмам, представленных в грамотном стиле программирования, может подсказать новые идеи.