Yüzey altı saçılması - Subsurface scattering

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

Yer altı saçılımı ( SSS olarak da bilinir), alt yüzey ışık taşıma ( SSLT ), bir mekanizma açık bir yüzey olduğu içeri girdiğini ışık olan taşıma saydam bir nesne olup dağınık ile etkileşim malzeme farklı bir noktada ve çıkış yüzeyi. Işık genellikle yüzeye nüfuz edecek ve doğrudan yüzeyden yansıtılmış olsaydı olacağından farklı bir açıyla malzemeden dışarı çıkmadan önce malzemenin içinde düzensiz açılarla birkaç kez yansıtılacaktır . Gerçekçi 3B bilgisayar grafikleri için yüzey altı saçılması önemlidir mermer , deri , yaprak , mum ve süt gibi malzemelerin işlenmesi için gereklidir . Yüzey altı saçılma uygulanmazsa, malzeme plastik veya metal gibi doğal görünmeyebilir.

Oluşturma teknikleri

Günümüzde gerçek zamanlı bilgisayar grafiklerinde kullanılan çoğu malzeme, yalnızca bir nesnenin yüzeyindeki ışığın etkileşiminden sorumludur. 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. Yarı saydam malzemelerin doğal bir özelliği soğurmadır. Materyal ışığı ne kadar ileri giderse, absorbe edilen oran o kadar büyük olur. Bu etkiyi simüle etmek için, ışığın malzeme boyunca kat ettiği mesafenin bir ölçüsü elde edilmelidir.

Derinlik Haritası tabanlı SSS

Derinlik haritalarını kullanarak derinlik tahmini

Bu mesafeyi tahmin etmenin bir yöntemi, gölge haritalamaya benzer bir şekilde derinlik haritalarını kullanmaktır . Sahne, ışığın bakış açısından bir derinlik haritasına dönüştürülür, böylece en yakın yüzeye olan mesafe kaydedilir. Derinlik haritası daha sonra standart kullanarak ona yansıtılıyor yansıtmalı doku eşlemesi ve sahne yeniden kazandırılmış. 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.

Bu yöntemle elde edilen mesafe ölçüsü çeşitli şekillerde kullanılabilir. Böyle bir yol, onu, mesafeyle katlanarak düşen bir sanatçı tarafından oluşturulan 1B dokuya doğrudan indekslemek için kullanmaktır. Diğer daha geleneksel aydınlatma modelleriyle birleştirilen bu yaklaşım, mermer , yeşim ve balmumu gibi farklı malzemelerin oluşturulmasına izin verir .

Potansiyel olarak, modeller dışbükey değilse sorunlar ortaya çıkabilir, ancak sorunu önlemek için derinlik soyma 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 görüntüsünden de görülebileceği gibi, bu teknik kullanılarak nesnenin içinden geçerken ışık yayılmaz; arka özellikler açıkça gösterilmiştir. Bunun bir çözümü, derinlik haritasının yüzeyindeki farklı noktalardan çok sayıda numune almaktır. Alternatif olarak, doku-uzay difüzyonu olarak bilinen yaklaşım için farklı bir yaklaşım kullanılabilir .

Doku uzayı difüzyonu

Bölümün başında belirtildiği gibi, yüzey altı saçılmasının daha belirgin etkilerinden biri, dağınık aydınlatmanın genel bir bulanıklığıdır. Yayılma fonksiyonunu keyfi olarak değiştirmek yerine, difüzyon doku uzayında simüle edilerek daha doğru bir şekilde modellenebilir . Bu teknik, The Matrix Reloaded'da yüzleri oluşturmada öncülük etti , ancak aynı zamanda gerçek zamanlı oluşturma teknikleri alanında da kullanılıyor.

Yöntem, bir köşe gölgelendiricisi kullanarak bir nesnenin ağını açar ve önce orijinal köşe koordinatlarına göre aydınlatmayı hesaplar. Köşeler daha sonra , [0, 1] doku koordinatları aralığından normalleştirilmiş cihaz koordinatlarının [-1, 1] aralığına uygun şekilde dönüştürülen, tepe noktasının ekran konumu olarak UV doku koordinatları kullanılarak yeniden eşleştirilir . Sarılmamış ağı bu şekilde aydınlatarak, nesne üzerindeki aydınlatmayı temsil eden 2D bir görüntü elde ediyoruz, bu daha sonra işlenebilir ve bir ışık haritası olarak modele yeniden uygulanabilir . Difüzyonu simüle etmek için, ışık haritası dokusu basitçe bulanıklaştırılabilir. Aydınlatmayı daha düşük çözünürlüklü bir dokuya dönüştürmek kendi başına belirli 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 modellemektedir. 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 dağılım kırmızıdır, sonra yeşildir ve mavide çok az saçılma vardır.

Bu yöntemin en büyük yararı, ekran çözünürlüğünden bağımsız olmasıdır; gölgelendirme, nesnedeki her piksel için değil, doku eşlemindeki 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, gölge haritalamanın gerçekçilik eksikliğinin bir nedenini hafifleten yumuşak gölgelere katkıda bulunan birkaç faktörden birini sağlar .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar