При моделировании распространения света яркость каждого луча рассчитывается, исходя из оптических свойств объектов виртуальной сцены, с которыми он взаимодействует. По оптическим свойствам объекты могут грубо подразделяться на диффузные и зеркальные. Обычно используемая при моделировании трассировка лучей на основе методов Монте-Карло рассчитывает яркость лишь для диффузных поверхностей. При встрече луча с зеркальной поверхностью он отражается (или преломляется) до тех пор, пока не достигнет диффузной поверхности, где только и рассчитывается яркость. В предлагаемом подходе диффузные элементы разделяются далее на “истинно диффузные” и “квази-зеркальные”. Наиболее естественным критерием для последних будет рассеяние в узком конусе вокруг чисто зеркального направления. Элемент сцены может быть также суперпозицией обоих типов, когда её функция рассеяния трактуется как сумма истинно диффузной и квази-зеркальной частей. В работе выведено, как различные компоненты освещённости взаимодействуют с квази-зеркальными объектами, и описывается, как это реализуется в двунаправленной стохастической трассировке лучей. Предложенный подход позволяет значительно снизить стохастический шум для ряда сцен, включая и те, для которых не удаётся достичь хороших результатов при любых настройках стандартного метода. Этот метод также применим к моделированию объёмного рассеяния, трактуя фазовую функцию среды как квази-зеркальную. В этом случае выделение квази-зеркальных объектов отнюдь не основано на характере индикатрисы рассеяния. Для объемного рассеяния среда трактуется как квази-зеркальная, в то время как поверхности, даже если их индикатрисы более узкие, остаются “подлинно диффузными”. В статье показывается преимущество такого подхода

моделирование освещенности, стохастическая трассировка лучей, двунаправленная трассировка лучей, понижение шума, двунаправленная функция рассеяния

Математическое моделирование в актуальных проблемах науки и техники

Ершов Сергей Валентинович,  ,  orcid.org/0000-0002-5493-1076,  ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

Жданов Дмитрий Дмитриевич,  ,  Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

Волобой Алексей Геннадьевич,  ,  orcid.org/0000-0003-1252-8294,  ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

Сорокин Максим Игоревич,  Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики