Объёмные лучи

Объёмные лучи — программная методика (техника) в трёхмерной компьютерной графике, предназначенная для создания эффекта трёхмерных лучей света, проходящих через окружение трёхмерной сцены.^[1] В реальном мире эффект трёхмерных лучей представлен так называемым оптическим эффектом Тиндаля, когда лучи света проходят через облако газа, дыма, пыли, аэрозоля или пара в затёмненном пространстве. При прохождении света через такую среду лучи света «подсвечивают» частички пыли или жидкости, которые распылены в воздухе, в результате чего можно увидеть эффект «объёмных лучей». Ещё одним проявлением подобного оптического эффекта являются сумеречные и противосумеречные лучи. Программная методика объёмных лучей предназначена для моделирования всех вышеописанных оптических эффектов в трёхмерной среде. Она широко используется в кинематографе и трёхмерном моделировании и рендеринге, а также в интерактивных приложениях компьютерной графики, включая компьютерные игры.

Принцип работы

Объемное освещение требует наличия двух компонентов: теневой карты (англ. shadow map) освещаемого пространства и буфер глубины. Начиная с самой близкой к виртуальной камере плоскости, вся сцена трассируется и значения выборок (семплов) записываются в буфер ввода. Для каждого семпла проводится определение: освещается ли он светом из нужного источника света или нет; для этого используются данные из теневой карты. В итоге только освещенные семплы влияют на окончательный цвет пикселя.^[2]

Для функционирования в режиме реального времени вышеописанная методика требует оптимизации. Одним из возможных оптимизационных подходов является рендеринг освещаемого объёма в намного меньшем разрешении чем то, которое используется в изначальном графическом контексте. Вследствие такого подхода создаются нежелательные эффекты алиасинга, которые могут быть устранены посредством применения фильтра размытия (англ. blur).^[2]

Ещё одной оптимизационной методикой является рендеринг «неточных» эффектов. Этот алгоритм размывает светящиеся объекты в стороне от центра основного источника света. Как правило, прозрачность постепенно сокращается с каждым проходом размытия, особенно в более светящихся сценах. Следует иметь в виду, что для работы этого алгоритма необходимо присутствие на экране источника света.^[3]

Примеры

• 
  Фотография: Пример сумеречных лучей, возникающие во время заката при отражении от верхней части облака
• 
  Фотография: Пример эффекта Тиндаля, когда солнечные лучи проходят через туман.
• 
  Компьютерная графика: лесная местность в анимационном фильме Big Buck Bunny, отчётливо видны объёмные лучи.
• 
  Компьютерная графика: Объемные лучи в игре S.T.A.L.K.E.R.: Чистое небо