|
Научная визуализация
| Год выпуска: | 2013 |
| Квартал: | 4 |
| Том: | 5 |
| Номер: | 4 |
| Страницы: | 88 - 117 |
|
| Название публикации: |
ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ МОДЕЛЬ ФОТОРЕАЛИСТИЧНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СЛОЖНЫХ СЦЕН |
| Авторы: |
Д. Жданов (Россия), С. Ершов (Россия), Н. Дерябин (Россия) |
| |
Статья рекомендована к печати программным комитетом 23-й Международной конференции по компьютерной графике и зрению ГрафиКон'2013. |
| Адреса авторов: |
Д. Жданов
ddzhdanov@mail.ru
Институт Прикладной Математики им. М.В. Келдыша РАН, Москва, Россия
Санкт-Петербургский Национальный Исследовательский Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия
Государственный Оптический Институт им. С.И. Вавилова, Санкт-Петербург, Россия
С. Ершов
Институт Прикладной Математики им. М.В. Келдыша РАН, Москва, Россия
Н. Дерябин
Институт Прикладной Математики им. М.В. Келдыша РАН, Москва, Россия |
| Краткое описание: |
Данная статья посвящена разработке объектно-ориентированной компьютерной модели фотореалистичной визуализации геометрически и оптически сложных сцен. Актуальность объектно-ориентированной организации становится очевидной в случае проектирования сложных компьютерных систем, предназначенных для выполнения физически корректных светотехнических расчетов и построения фотореалистичных изображений. В этом случае усилия, затраченные на объектно-ориентированное проектирование, окупаются сокращением времени на расширение элементной базы объектно-ориентированной модели. Например, добавление нового типа геометрического объекта или изменение алгоритма обработки лучей не требует никаких дополнительных изменений в программном продукте.
В работе рассматриваются основные принципы объектно-ориентированной организации, применяемые для построения компьютерной системы фотореалистичной визуализации сложных сцен. Выделяются основные компоненты объектно-ориентированной модели, а именно: объекты сцены и рендерер. Вводится понятие базовых интерфейсов, ограничивающих все взаимодействия между объектами сцены и между объектами сцены и рендерером. Для объектов сцены предлагается два уровня базовых интерфейсов: первый уровень – уровень конечного пользователя и второй уровень – уровень светотехнических вычислений. Реализация базовых интерфейсов на уровне пользователя сводится к интерфейсу структур данных, представляющих собой элементарные сущности, которые имеют средства визуализации и программного и пользовательского редактирования и взаимодействия со скриптом. Для светотехнических расчетов определяются основные типы объектов, участвующие в этих вычислениях, и для каждого из типов объектов определяется минимальный базовый интерфейс, обеспечивающий физическую корректность и эффективность вычислений. Кроме того, для реализации поведения объектов, являющихся результатом инновационных технологий, вводится понятие оптического элемента, интерфейс которого объединяет в себе программные интерфейсы всех основных объектов сцены. За программную основу фотореалистической визуализации сцены выбрана двунаправленная стохастическая трассировка лучей, которая обеспечивает физическую корректность изображения. Трассировка лучей и рендерер также построены на принципах объектно-ориентированной организации, когда взаимодействие между объектами рендерена и между сценой и рендерером ограничивается базовым программным интерфейсом.
Объектно-ориентированная модель сцены и ее фотореалистической визуализации, основанной на алгоритме двунаправленной стохастической трассировки лучей, была реализована в программном комплексе Lumicept. В качестве примера работы программы приводится результат моделирования изображения, наблюдаемого на жидкокристаллическом дисплее автомобиля при разных условиях наружного и салонного освещения. Основная специфика данного примера заключается в физической корректности всех элементов модели. Модель жидкокристаллического дисплея была задана без каких-либо упрощений, включая рассеивающие микроструктуры, поляризационные фильтры и TFT матрицу.
Разработанная объектно-ориентированная модель фотореалистичной визуализации основывается на физически корректных моделях сцены, включающих спектральные и поляризационные преобразования световых лучей, и на уровне базовых интерфейсов позволяет осуществить физически корректный и эффективный рендеринг оптически и геометрически сложных сцен. Введенная концепция оптического элемента расширяет объектно-ориентированную модель рендеринга специальными объектами, которые не могут быть представлены в рамках базовой модели сцены. В отличии от существующих программных решений единая объектно-ориентированная концепция была реализована для целого программного комплекса фотореалистичной визуализации, что значительно облегчает его расширение новыми моделями объектов сцен и способов трассировки лучей. |
| Язык: |
Русский |
|
|
|
