Какие устройства следует использовать для освещения в 3D-рендеринге?

Question

При чтении академических работ по рендерингу, обработке графики, освещению и т. Д., Я нахожу большое количество единиц, упомянутых и используемых.

Например, Bruneton's Atmospheric Scattering paper, по-видимому, использует канделябры на квадратный метр (cd/m^2), представляя яркость. Тем не менее, Jensen's Night Model использует ватты на квадратный метр (Вт/м 2), что подразумевает излучение. В других документах упоминается освещенность, яркость, освещенность и т. Д., По-видимому, нет общего представления используемых расчетов освещения. Как же тогда можно даже быть уверенным в том, что при реализации всех этих документов, что вычисления будут «хорошо играть»?

Чтобы добавить к путанице, большинство документов по адаптивному тонированию, похоже, вообще отказываются от единиц, просто рекомендуя, чтобы пиксели (называемые яркостью) отображались в формате журнала (децибел). Децибел бесполезен без опорной интенсивности/мощности.

Что вызывает вопрос, какой блок представляет собой один пиксель? Когда я вычисляю «среднюю яркость» сцены путем усреднения логарифмической яркости пикселей, что именно я вычисляю? Термин "luminance" itself подразумевает освещенную область и телесный угол для источника. Это приводит к еще двум вопросам: «Каков телесный угол точечного источника?» «Какая область пикселя?»

Мой вопрос, таким образом, Каких единицы должны освещения в 3D графического движка можно представить, чтобы обеспечить надлежащее, калиброванной регулировку яркости в широком разнообразии источников света, от слабых звезд яркого солнечного света, и как это делает единица относится к яркости отдельных пикселей?

Answer 1

Блок СИ для яркости Candela per square metre, поэтому, если вы хотите представить фактические физические величины, было бы трудно возразить против использования этого. Что касается того, как эта единица относится к яркости отдельного пикселя, которая будет функцией яркости в той части источника освещения, представленной в области просмотра пикселей, в сочетании с вкладами из других мест сцены, рассчитанных двигателем, - предположительно это будет очень полностью в зависимости от средства визуализации.

Answer 2

Коротко: сияние, измеренное в candela per square meter (cd/m^2) является подходящим устройством.

Меньше кратко: компьютерная графика обычно связана с тем, что должно выглядеть людям. Единицы, которые описывают этого являются:

• «световой поток» измеряется в lumens или lm, которые определяются пропорционально общей излучаемой мощности (в watts) света при определенной длине волны.
• «Интенсивность света» измеряется в candela, или cd, который может быть определен как lumens per steradian (lm/sr).

Интуитивно, когда вы распространяете такое же количество энергии на большую площадь, оно становится пропорционально менее ярким. Это дает еще два количества:

• «irradiance» - это световой поток на единицу площади. Он измеряется в lm/m^2 и пропорционален W/m^2.
• «Сияние» - интенсивность света на единицу площади.Он измеряется в cd/m^2, или lm/(sr.m^2).

---

Теперь, чтобы ответить на ваши вопросы:

Каждый пиксель представляет собой конечное количество телесного угла с камеры, которая измеряется в steradian. В контексте вашего вопроса, соответствующей областью является область объекта , который отображается.

Сияние (измеренное в cd/m^2) представляет собой яркость поверхности и обладает уникальным свойством, что оно является инвариантным по любому беспрепятственному пути наблюдения (что делает его наиболее подходящим для механизма рендеринга). Цвет каждого пикселя представляет среднее значение над телесным углом, занимаемым этим пикселем.

Обратите внимание, что по определению точечный источник не занимает никакого телесного угла; его сияние технически бесконечно. Его излучение конечно, но и технически оно должно вносить только конечный (если потенциально большой) эффект в заданное значение пикселя. В любом случае, если вы хотите напрямую отображать точечные источники, вам нужно будет относиться к ним иначе, чем к источникам области, и иметь дело с проблемой, что величины, отличные от сияния, не являются инвариантными по сравнению с данным лучом ...

Когда Дженсен et al. «Физическая модель ночного неба» использует связанный с освещением W/m^2 в таблице различных источников освещения, я бы предположил, что их целью было описать их относительный вклад как усредненный по всему ночному небу, как абстрагированный от любые визуальные детали.

Наконец, обратите внимание, что по-настоящему физически основанные модели должны интегрироваться по наблюдаемому спектру для оценки яркости и цвета. Таким образом, такие модели должны начинаться с распределения watts по видимым длинам волн и использовать стандартную колориметрическую модель человека для оценки lumens.