автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Исследование и разработка алгоритмов синтеза фотореалистических изображений

Оглавление

Введение

Нужен ли программный синтез изображенийб

Проблема переноса освещенности

Почему перенос освещенности важен

Основные предположения и допущения

L Обзор

1.1. Методы улучшения качества и ускорения процесса построения изображения

1.2. Проблема видимости

1.3. Глобальная освещенность

1.4. Основные понятия

1.4.1. Объект

1.4.2. Камера

1.4.3. Источник света

1.4.4. Сцена

1.4.5. Тень

1.4.6. Четкие тени

1.4.7. Мягкие тени

1.4.8. Рендеринг

1.5. Понятие реалистического синтеза изображений и фотореализма

1.6. Уравнение визуализации

1.7. Конечно-элементная излучателъностъ

1.8. Разделяющая плоскость в конечно-элементной излучателъности

1.9. Иерархическая излучательность

1.10. Кл a cm ерная излучат ел ъностъ

1.11. Монте-Карло трассировка

1.12. Лучевая трассировка

1.12.1. Введение

1.12.2. Уравнение лучевой трассировки

1.12.3. Закрашивание и материал

1.12.4. Глубина дерева трассировки

1.12.5. Световые буферы

1.12.6. Карты

1.12.7. Реализация рекурсивной лучевой трассировки для метода световых сеток

2. Световые сетки

2.1. Введение

2.2. Идея метода световых сеток

2.3. Реализация алгоритма световых сеток

2.4. Мягкая тень

2.5. Скоростные характеристики

2.6. Интерактивное управление

2.7. Эксперименты

Задача построения фотореалистических изображений похожа на задачи, возникающие в физике и инженерии. Важно понимать связь между этими проблемами, так как многие алгоритмы, используемые в компьютерной графике, были открыты или изобретены в других областях. Однако, первоначальные предположения в других областях часто отличны от предположений, на которых строится компьютерная графика. И это мешает применять результаты напрямую.

Проблема синтеза фотореалистических изображений (переноса освещенности) в компьютерной графике уникальна. Основное важное отличие - это представление результатов вычислений. В компьютерной графике результат - это всегда изображение на экране монитора, и любое другое представление результата решения есть только промежуточный шаг к конечной цели. В физике же изображения не важны (разве что в целях научной визуализации).

Другое отличие состоит в способе измерения качества получаемых решений. В других областях цель - вычислить результат с точностью, соответствующей некоторой численной мере. В компьютерной графике, с другой стороны, меру ошибки трудно выразить явно. Визуальные артефакты (лестничные эффекты, отсутствие непрерывности освещения) абсолютно неприемлемы в графике, и, в тоже время, приемлемы, например, для теории переноса. Из-за этого популярные методы из других областей не всегда хорошо приспособлены для нужд компьютерной графики.

Дополнительно ко всему, задача построения изображения крайне тяжела, поскольку требуется обрабатывать модели, состоящие из огромного количества геометрических примитивов (сотни тысяч треугольников, бикубических кусков, и т.д.). При этом практически никаких априорных данных о геометрии нет.

Метод синтеза фотореалистических изображений должен уметь сам приспосабливаться к особенностям той или иной геометрии и с равным успехом вычислять все возможные варианты геометрии. Основными операциями, как правило, являются: нахождение ближайшего объекта, с которым имеет место пересечение луча и проверка взаимной видимости двух точек в сцене (оценка взаимной видимости объектов, объемов). Ясно, что такие операции трудоемки, если в сцене присутствует большое количество объектов. Поэтому проблема видимости представляет собой отдельную и "тяжелую" для решения задачу.

В заключение стоит заметить, что компьютерная графика в целом, и синтез фотореалистических изображений в частности - это соединение множества дисциплин: математики, физики, биологии, компьютерной технологии, искусства, и т.д.

Компьютерные игры и фильмы не только служили и служат приложениями компьютерной графики, но и являются инициирующими факторами разработок во всех областях компьютерной графики и потому они - неотъемлемая часть ее истории, наглядно демонстрирующая развитие компьютерной графики.

Нужен ли программный синтез изображений

Аппаратный синтез изображений (hardware-based rendering, синтез изображений на основе аппаратных средств) относительно доступен и дает впечатляющую производительность с постоянным возрастанием скорости вычислений. Поэтому, логично задать вопрос: зачем нужен программный синтез изображений (software-based rendering, построение изображений на основе программных средств), когда аппаратные решения уже доступны?

Есть несколько причин, по которым программный синтез изображений еще долго будет оставаться актуальным. Основным преимуществом является его гибкость. Аппаратный синтез изображений может быть применен к множеству самых разнообразных проблем компьютерной графики, но ему не достает гибкости программных подходов. Аппаратные реализации обычно поддерживают ограниченный класс примитивов, световых моделей, методов устранений артефактов и т.п.

Альтернативные подходы, такие как трассировка, излучательность и другие часто работают не так быстро, как их аппаратные собратья. Но программные реализации могут быть легко модифицированы. Они достаточно просто изменяются (например, для добавления новых моделей освещения, новых методов интерполяции, закраски и т.д.). Более того, они способны поддерживать более абстрактные способы моделирования геометрии объектов.

Используя параллельные вычисления, программные подходы могут также достичь определенной производительности, отсутствие которой является в некоторой степени расплатой за гибкость программного решения.

В заключение стоит отметить, что большинство современных методов построения изображения используют как программный подход, так и аппаратный подход на разных стадиях синтеза изображения.

Проблема переноса освещенности

В компьютерной графике моделирование процесса переноса освещенности является инструментом для создания фотореалистических изображений (фотографий) моделируемых сред (сцен). Задаются объекты сцены, их соответствующие свойства (например: рассеивающие, отражающие). Задаются положения и свойства источников света и камеры. А алгоритмы переноса освещенности моделируют физику заданного мира, чтобы создать фотореалистическое изображение.

Почему перенос освещенности важен

Основная цель алгоритмов переноса освещенности состоит в синтезе фотореалистических изображений виртуальных сред. Поэтому перенос освещенности требуется везде, где требуется реалистично визуализировать заданную геометрию, то есть синтезировать фотореалистические изображения.

Например, в дизайне для спроектированной архитектурной композиции требуется получить ее реалистические изображения - как она будет выглядеть при заданных световых условиях и материалах. Основной задачей является наиболее точно просчитать и визуализировать поведение света и как можно лучше приблизиться к фотографическому качеству изображения.

В системах виртуальной реальности фотореализм позволяет осуществить погружение в реалистичную окружающую среду. Учет визуальных эффектов связанных с туманом, огнем, реалистическая визуализация ландшафтов и морской поверхности позволяют симуляторам и тренажерам быть более реалистичными и более точно моделировать взаимодействие с окружающей средой.

В научной визуализации фотореализм позволяет заменить дорогостоящие натурные эксперименты компьютерным имитационным моделированием и вычислительными экспериментами.

В индустрии электронных развлечений фотореализм находит все большее применение благодаря росту производительности и функциональности современных ускорителей трехмерной графики. Если до недавнего времени реализм удавалось достичь в основном за счет предварительного расчета основных световых эффектов для статических частей виртуального мира, то, с ростом производительности, становится возможным генерировать тени и световые эффекты от динамических объектов и источников света в реальном времени.

Благодаря росту вычислительной производительности современных компьютеров синтез изображений все больше находит применение в системах автоматизированного проектирования, дизайне, системах виртуальной реальности, научной визуализации, медицине, индустрии электронных развлечений, кинематографе и мультипликации.

Основные предположения и допущения

Алгоритмы переноса освещенности в компьютерной графике не моделируют поведение света абсолютно точно, так как это не нужно для большинства приложений. Строго говоря, это даже невозможно, так как законы физики до конца не известны. Для каждого конкретного приложения решается, какие оптические эффекты важны и выбирается соответствующий алгоритм, способный их моделировать.

Следующие правила являются наиболее распространенными (а так же предполагаются в рамках данной работы): свет рассеивается, поглощается и испускается на поверхностях и в заданных точках пространства. Свет распространяется по прямым линиям между поверхностями сцены. То есть не рассматриваются рассеивающие среды, такие как туман и дым, а также среды с непрерывно изменяющимся коэффициентом преломления например - нагретый воздух). Также игнорируется большинство свойств, связанных с длиной волны или квантовой моделью (например, исключается дифракция). В частности, игнорируется возможность интерференции между пучками света, то есть свет идеально некогерентный. В обычных сценах исключенные нами эффекты незначительны.

1. Обзор

В обзоре основное внимание уделено работам, посвященным методам улучшения качества синтезируемых изображений (повышение реализма в изображениях сцен), методам ускорения процесса построения изображения и работам по проблеме видимости.

Отдельное рассмотрение трех вопросов обусловлено тем, что мы пытаемся при помощи метода световых сеток решить проблему видимости, ускорить процесс синтеза изображений и улучшить качество генерируемых изображений. Рассматриваются данные вопросы в рамках лучевой трассировки, с использованием которой строится алгоритм световых сеток, и глобальной освещенности, чьи основные эффекты моделируются в методе световых сеток.

Поскольку большинство литературы по теме компьютерной графики на английском языке, то в месте с каждым переведенным на русский язык термином указывается его написание на английском языке и, если есть, его варианты.

В самом начале компьютерная графика была связана только с геометрическими формами, вычислявшимися на компьютере и выводившимися на монитор (системы автоматизированного проектирования, чертежные системы). Эволюция заняла три десятка лет, за которые компьютерная графика пришла на экраны телевизоров, кинотеатров и мониторы компьютеров в том качестве, в котором мы ее сейчас видим [98].

В настоящее время интенсивно компьютерная графика применяется в: системах автоматизированного проектирования; - дизайне; системах виртуальной реальности; научной визуализации; медицине; индустрии электронных развлечений; кинематографе и мультипликации; геоинформационных системах.

Компьютерная графика включает в себя большое количество различных дисциплин. Одной из них является реалистическая визуализация - синтез фотореалистических изображений. В связи с ростом вычислительной мощности современных персональных компьютеров (процессоры, память, акселераторы) становится возможным генерация фотореалистических изображений и их использование применительно к различным областям приложения компьютерной графики.

Какой бы скорости ни достигали современные процессоры, акселераторы и тому подобные компоненты, от которых зависит скорость выполнения программ и синтез в частности вычислительных ресурсов всегда не достаточно. Так для приложений реального времени постоянно требуется увеличение скорости генерации кадров для увеличения разрешения изображения и улучшения качества взаимодействия с виртуальной средой. Для приложений, целью которых является создание отдельных кадров для анимации, постоянно требуется увеличение скорости генерации каждого кадра в отдельности. Спектр эффектов, которые надо моделировать, постоянно увеличивается. Поэтому требуется разработка новых алгоритмов и эволюция старых для синтеза фотореалистических изображений.

С начала создания первого факультета компьютерной графики в университете штата Юта и по сей день, ведутся разработки в области синтеза фотореалистических изображений. Исследования проводятся как в университетах, так и в подразделениях различных компаний.

Решению проблем компьютерной графики в целом и синтезу фотореалистических изображений в частности посвящены такие известные конференции как Siggraph, Eurographics, GraphiCon.

Производители программных продуктов, включающих в себя реалистическую визуализацию (3D Max, Electric Image, Lightwave, Alias/Wavefront, Softimage,

PhotoRealistic RenderMan), постоянно проводят исследования в соответствующей области, поскольку возрастающие вычислительные мощности позволяют увеличивать реалистичность генерируемых изображений.

Началом компьютерной графики можно считать 1962 год, когда Сазерлэнд (Ivan Sutherland) создал программу Sketchpad, позволявшую ему рисовать линии - в результате получались простые геометрические фигуры. В 1964 году, Сазерлэнд (Sutherland) совместно с доктором Дэвидом Эваном (David Evan) из Университета штата Юта создали первый факультет компьютерной графики в мире. Это была удачная попытка соединить науку, искусство и компьютер. В 1973 доктор Александр Шур (Alexander Schure) нанял Эдвина Катмула (Edwin Catmull), аспиранта университета штата Юта, для создания лаборатории компьютерной графики. Тогда лаборатория была оснащена лучшими компьютерами. Целью являлось создание 2D и 3D программ, и производство полнометражных фильмов при помощи компьютерной анимации.

Вдохновленные подобным начинанием стали появляться студии компьютерной графики. Джорж Лукас (George Lucas) после успеха фильма "Звездных Войн" (Star War) создал Lucasfilms. В Lucasfilms исследовалось применение компьютерных синтезированных изображений в фильмах. В то же время множество студий начали создавать коммерческую компьютерную графику для крупных корпораций (например, создание рекламных роликов для телевидения). Тогда появилась и идея сделать полноценный компьютерный фильм - но это было сложнее, чем сделать подобное для телевидения -требовались большие разрешения, более высокое качество и, следовательно, более высокие вычислительные мощности. Поэтому вплоть до 80-х киноиндустрия существенно не задействовала компьютерную графику.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на:

- конференции молодых ученых ИВМИМГ СО РАН 2000 г. международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск, 2000 г. четвертом сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-2000), 2000 г. международной конференции Графикон-2000. Москва, 2000 г.

- конференции молодых ученых, посвященной 10-летию ИВТ СО РАН. 2000 г. конференции молодых ученых. ИВМиМГ СО РАН, 2001 г. международной конференции "Современные проблемы информационных технологий и космического мониторинга", г. Ханты-Мансийск, 2001 г. 11-ой международной конференции по компьютерной геометрии и графике ГРАФИКОН'2001. Нижний Новгород. 2001 г. конференции, посвященной 90-летию A.A. Ляпунова. Новосибирск, 2001 г. International Conference on Computational Science ICCS'02. Amsterdam, 2002 r.

В результате проведенных и представленных исследований создан метод, который позволяет обрабатывать сцены, состоящие из любых объектов, с которыми возможна операция пересечения луча. Метод способен рассчитывать сцены, содержащие большие количества точечных источников света. Одной из важных особенностей метода является возможность имитировать мягкие тени, диффузное освещение. Так же есть возможность за счет заранее рассчитанных данных в пространстве (с более грубых расчетов для более грубой геометрии) переносить насчитанные освещенности на более подробные и точные геометрические модели. Результатом исследований являются алгоритмы, для которых реализован объект "пространственные световые сетки", предложена интерполяция для метода световых сеток, созданы и реализованы алгоритмы, необходимые для: формирования сцены, процесса построения изображения и его постобработки.

Проведенные численные эксперименты показывают, что предложенный подход уменьшает время расчета изображения по сравнению со стандартным алгоритмом, если сцена содержит большое число источников света и/или изображение имеет большое разрешение. Достигается это, в основном, за счет уменьшения количества операций пересечения луча со сценой по сравнению с лучевой трассировкой.

Благодарности

Работа выполнялась при поддержке грантов РФФИ:

96-01-01758а "Синтез реалистических изображений пространственных сцен" (руководитель - В.А. Дебелов);

99-01-00577а "Моделирование фотореалистических изображений методами декомпозиции" (руководитель - В.А. Дебелов) с молодежным грантом для И.М. Севастьянова 01-01-06197тас.

Метод световых сеток отмечен в отчете СО РАН, см. "Сибирское отделение Российской академии наук в 2001 году, Кн. 1: "Основные научные результаты". Изд-во СО РАН 2002, с.68".

Я благодарю научного руководителя, Дебелова Виктора Алексеевича, за помощь в проработке постановок задач и ключевых экспериментов, и постоянное внимание к работе.

2.8. Заключение

Разработан метод световых сеток в рекурсивной лучевой трассировке для расчета фотореалистических изображений пространственных сцен.

В работе введено понятие пространственной световой сетки. Световая сетка - это множество точек в трехмерном пространстве сцены, в которых рассчитываются освещенности, характеризующие как бы "напряженность светового поля". Освещенность же некоторой точки поверхности сцены (объектной точки) получается путем интерполяции освещенностей близлежащих сеточных точек.

На основе данного подхода разработан алгоритм, допускающий распараллеливание, как по источникам света, так и по сеточным точкам. Основная особенность подхода, в отличие от других известных алгоритмов лучевой трассировки, заключается в том, что сеточные точки выбираются почти произвольно, и этот выбор никак не зависит от конкретной геометрии сцены. При итеративном улучшении качества синтезируемого изображения применяется уточнение сетки путем добавления новых точек. Вторая особенность - это отсутствие в сеточных точках информации о направлениях.

Исследована возможность распараллеливания синтеза фотореалистических изображений с использованием метода разделяющей плоскости. Проанализированы варианты реализации алгоритма разделяющей плоскости, выделены основные проблемы.

Метод может быть достаточно просто встроен в существующие алгоритмы и системы синтеза фотореалистических изображений.

Метод световых сеток позволяет: ускорить и упростить процесс расчета теней;

- строить реалистичные мягкие тени;

- имитировать основные эффекты диффузных отражений; ускорять расчет сцен, содержащих большое количество источников света.

1. Дебелов В.А., Мальдон Д.В., Упольников С.А. Двухфазный метод визуализации сцен с точечными источниками. Труды 6-ой международной конференции по компьютерной графике и анимации АНИГРАФ'98. Москва, РЦФТИ, Протвино. 2023 мая 1998г. С. 112-119.

2. Дебелов В.А., Севастьянов И.М. Об одном способе генерации ландшафта. 5-я Всероссийская научно-практическая конференция "Геоинформатика в нефтегазовой и горной отраслях". Москва Ханты-Мансийск, 1-3 апреля 2002 г. С. 45-46.

3. Академгородок, Институт вычислительных технологий СО РАН. 8-11 октября 2001 г. Электронная версия на сайте: http://www.ict.nsc.ru/ws/show abstract.dhtml?ru+19+2356.

4. Мальдон Д.В., Упольников С.А. Использование метода излучательности для сцен с зеркальными поверхностями. GraphiCon'97. 21-24(5). pp. 26-30.

5. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики. Пер. с англ. Издательство "Мир". Москва, 1989. 512 с.

6. Севастьянов И.М. Имитация теней и диффузного освещения при помощи трехмерных скалярных полей. Труды конференции молодых ученых, г. Новосибирск, ИВМиМГ СО РАН. 4-7 декабря, 2001 г. С. 235-243.

7. Airley J.M., Rohlf J.H., Brooks Jr.F.P. Towards image realism with interactive update rates in complex virtual building environments. Symposium on Interactive 3D Graphics. (R. Riesenfeld and C. Sequin, eds.), vol. 24, p. 41-50, March, 1990.

8. Akira Fujimoto, Takayuki Tanaka, Kansei Iwata. ARTS: Accelerated ray tracing system. IEEE Computer Graphics and Applications, 6(4): 16-26, 1986.

9. Alain Fournier, Pierre Poulin. A Ray Tracing Accelerator Based on a Hierarchy of ID Sorted Lists. Graphics Interface '93, p. 53-61, 1993.

10. Alan Chalmers, Scott Daly, Ann McNamara, Karol Myszkowski, Holly Rushmeier, Tom Troscianko. Seeing is Believing: Reality Perception in Modeling, Rendering & Animation. Siggraph 2001. Course №21.

11. Amanatides J. Realism in Computer Graphics: A Survey. ШЕЕ Computer Graphics & Applications. 7 (1), p. 44-56, 1987.

12. Amanatides J., Woo A. A Fast Voxel Traversal Algorithm for Ray Tracing. Proceedings of EUROGRAPHICS'87. Amsterdam, The Netherlands, p. 27-38, August 1987 .

13. Andrew S. Glassner. An introduction to ray tracing. Academic Press, 1989.

14. Andrew S. Glassner. Space sub-division for fast ray tracing. IEEE Computer Graphics and Applications,October 1984. 4:15-22, 1984.

15. Arthur Appel. Some techniques for shading machine renderings of solids. In AFIPS, 1968. Spring JointComputer Conf., vol. 32, p. 37-45, 1968.

16. Ashikhmin, M., Premoze, S., Shirley, P. A microfacet-based brdf generator. Proceedings of SIGGRAPH 2000, p. 65-74, July 2000.

17. Ashikhmin, M., Shirley, P. An anisotropic phong brdf model. University of Utah technical report, UUCS-00-014.

18. Barr A. H. Ray tracing deformed surfaces. SIGGRAPH 86 Proc. 20, 4(August 1986.), p. 287-296.

19. Blinn James F. Light Reflection Functions for Simulation of Clouds and Dusty Surfaces. Computer Graphics, vol. 16, no. 3, p. 21-29, July 1982.

20. Blinn James F. Models of Light Reflection for Computer Synthesized Pictures. Computer Graphics, vol. 11, no. 2, p. 192-198, 1997.

21. Blinn James F. Simulation of Wrinkled Surfaces. Computer Graphics, vol. 12, no. 3, p. 286-292, August 1978.

22. Blinn James F., Martin E. Newell. Texture and Reflection in Computer Generated Images. Communications of the ACM, vol. 19, p. 542-547, 1976.

23. Bolin M.R., Meyer G.W. A Perceptually Based Adaptive Sampling Algorithm. In SIGGRAPH 98 Conference Proceedings, Annual Conference Series, p. 299-310, 1998.

24. Brian Smits. Efficiency Issues for Ray Tracing. Journal of Graphics Tools. 3 (2), p. 1-14, 1998.

25. Catmull, Edwin. A Subdivision Algorithm for Computer Display of Curved Surfaces. PhD dissertation, University of Utah, Salt Lake City, 1974.

26. Cohen D., Sheffer Z. Proximity clouds: An acceleration technique for 3D grid traversal. The Visual Computer, 11:27-38, 1994.

27. Cohen, M. F., Greenberg, D. P., Immel, D. S., Brock, P. J. An efficient radiosity approach for realistic image synthesis. IEEE Computer Graphics and Applications 6, 2 (March 1986), p. 26-35.

28. Cook Robert L., Thomas Porter, Loren Carpenter. Distributed Raytracing. Computer Graphics (SIGGRAPH 84 Proceedings) 18(3) July 1984, p. 137-145.

29. Cook, Robert L., Kenneth E. Torrance, "A Reflection Model for Computer Graphics", ACM Transactions on Graphics, vol. 1, no. 1, p. 7-24, 1982.

30. Damez C., Sillion F.X. Space-Time Hierarchical Radiosity for High-Quality Animations. In Eurographics Rendering Workshop 1999, p. 235-246, 1999.

31. Daniel Cohen-Or, Yiorgos Chrysanthou, Fredo Durand, Ned Greene, Vladlen Kulton, CI'audio T. Silva. Visibility, problems, techniques and applications. Course Note №30 for SIGGRAPH 2001. Los Angeles, California. August 2001.

32. David Jevans, Brian Wyvill. Adaptive voxel subdivision for ray tracing. Graphics Interface '89. p. 164-172, 1989.

33. David S. Immel, Michael F. Cohen, Donald P. Greenberg. A radiosity method for nondiffuse environments, SIGGRAPH'86. Computer Graphics, 20(4), p. 133-142.

34. Douglas S. Kay, Donald P. Greenberg. Transparency for computer synthesized images. In Computer Graphics (SIGGRAPH '79 Proceedings), vol. 13(3), p. 158-164, August 1979.

35. Drettakis G., Sillion F.X. Interactive Update of Global Blumination Using a Line-Space Hierarchy. In SIGGRAPH 97 Conference Proceedings, Annual Conference Series, p. 5764, 1997.

36. Edwin E. Catmull. Computer display of curved surfaces. In Proceedings of the IEEE Conference on Computer Graphics, Pattern Recognition, and Data Structure, p. 11-17, May 1975.

37. Eric A. Haines, Donald P. Greenberg. The Light Buffer: a Shadow-Testing Accelerator. IEEE Computer Graphics and Applications Vol. 6(9), p. 6-16, (Sept. 1986).

38. Eric Haines. Soft Planar Shadows Using Plateaus. Journal of Graphics Tools. 6 (1), p. 1927, 2001.

39. Eric P. Lafortune. Mathematical Models and Monte Carlo Algorithms for Physcially Based Rendering. Ph.d. thesis, Katholieke University, Leuven, Belgium 1996.

40. Eric Paquette, Pierre Poulin, George Drettakis. A Light Hierarchy for Fast Rendering of Scenes with Many Lights. Computer Graphics Forum. 17 (3), p. 63-74, 1998.

41. Eric Veach, Leonidas J. Guibas. Metropolis Light Transport. Proceedings of SIGGRAPH 97. p. 65-76, 1997.

42. Eric Veach. Robust Monte Carlo Methods for Light Transport Simulation. Ph.D. dissertation, Stanford Universty, December 1997.

43. Ferwerda J.A., Pattanaik S., Shirley P., Greenberg D.P. A Model of Visual Masking for Computer Graphics. In SIGGRAPH 97 Conference Proceedings, Annual Conference Series, p. 143-152, 1997.

44. Foley J.D., Van Dam A., Feiner S.K., Hughes J.F. Computer Graphics: Principles and Practice (2nd Edition in C). Addison Wesley, 1996.

45. Francois Sillion, Claude Puech. A general two-pass method integrating specular and diffuse reflection. Proceedings SIGGRAPH'89 in Boston (USA), Computer Graphics, 23(3): p. 335-344, August 1989.

46. Francois Sillion, James Arvo, Stephen Westin, Donald P. Greenberg. A global illumination solution for general reflectance distributions. Proceedings SIGGRAPH'91 in Las Vegas (USA), Computer Graphics, 25(4): p. 187-196, August 1991.

47. Frederic Cazals, Claude Puech. Bucket-like space partitioning data structures with applications to ray-tracing. In Proceedings of the 13th International Annual Symposium on Computational Geometry(SCG-97), p. 11-20, New York, June 4-6, 1997. ACM Press.

48. Frederic Cazals, George Drettakis, Claude Puech. Filtering. Clustering and Hierarchy Construction: a New Solution for Ray-Tracing Complex Scenes. Computer Graphics Forum. 14 (3), p. 371-382, 1995.

49. Funkhouser T. A., Sequin C. H. Adaptive display algirithm for interactive frame rates during visualization of complex virtual environments. SIGGRAPH'93 Proceedings. J.T. Kajiya, ed., vol. 27, p. 247-254, (August, 1993).

50. Gardner, Geoffrey Y., Edwin P. Berlin Jr., Bob Gelman. A Real-Time Computer Image Generation System Using Textured Curved Surfaces. The 1981 Image Generation/Display Conference II, p. 60-76, June 1981.

51. Gene Greger, Peter Shirley, Philip M. Hubbard, Donald P. Greenberg. The Irradiance Volume. IEEE Computer Graphics & Applications. 18 (2), p. 32-43, 1998.

52. Goldsmith, J., and Salmon, J. Automatic creation of object hierarchies for ray tracing. IEEE Computer Graphics and Applications 7, 5 (May 1987), 14-20.

53. Goral C.M., Torrance, K. E., Greenberg D.P., Battaile B. Modeling the Interaction of Light Between Diffuse Surfaces. Computer Graphics (SIGGRAPH 84 Proceedings) 18(3) July 1984, p. 213-222.

54. Gortler, Steven J., Peter Schroder, Michael F. Cohen, Pat Hanrahan. Wavelet Radiosity Algorithm. In Computer Graphics Proceedings, Annual Conference Series, 1993, p. 221230.

55. Gouraud, Henri, "Computer Display of Curved Surfaces", PhD dissertation, University of Utah, Salt Lake City. 1971.

56. Greenberg D.P. A Framework for Realistic Image Synthesis. Communications of the ACM, 42(8):43—53, August 1999.

57. Greene N. Detecting Intersection of a Rectangular Solid and a Convex Polyhedron. Graphics Gems IV, p. 83-110, 1994.

58. Haines, E. Efficiency improvements for hierarchy traversal. In Graphics Gems II, J. Arvo, Ed. Academic Press, San Diego, 1991, p. 267-273.

59. Hans Werner Kohl. First-hit speed up in ray tracing surfaces of functions of two variables Computers & Graphics, 21(6), p. 825-839, Pergamon Press, Elsevier Science, November 1997.

60. He X. D., Torrence K. E., Sillion F. X., Greenberg D. P. A comprehensive physical model for light reflection. SIGGRAPH '91 Conference Proceedings, p. 175-186.

61. Henrik Wann Jensen, James Arvo, Marcos Fajardo, Pat Hanrahan, Don Mitchell, Matt Pharr, Peter Shirley. State of the Art in Monte Carlo Ray Tracing for Realistic Image Synthesis. Siggraph 2001, Course Note 29, August 13, 2001.

62. Henrik Wann Jensen, Per H. Christensen, Frank Suykens, K.U.Leuven. A Practical Guide to Global Illumination using Photon Mapping. Siggraph 2001, Course Note 38, August 14, 2001.

63. Henrik Wann Jensen, Niels Jorgen Christensen. Efficiently rendering shadows using the photon map. Proceedings of Compugraphics '95, Alvor, December 1995, p. 285-291.

64. Henrik Wann Jensen, Niels Jorgen Christensen. Photon maps in Bidirectional Monte Carlo Ray Tracing of Complex Objects. Computers & Graphics 19 (2), p. 215-224, 1995.73. http://www.acm.org/tog/resources/RTNews/html/

65. James Arvo. Applications of Irradiance Tensors to the Simulation of Non-Lambertian Phenomena. Proceedings of SIGGRAPH 95. p. 335-342, 1995.

66. James Arvo. Backward Ray Tracing. Developments in Ray Tracing. ACM Siggraph Course Notes 12, 1986, p. 259-263.

67. James T. Kajiya. Ray tracing parametric patches. In Computer Graphics (SIGGRAPH'82 Proceedings), volume 16(3), p. 245-254, July 1982.

68. James T. Kajiya. The Rendering Equation. Siggraph'86, Volume 20, Number 4, Dallas, August 18-22, p. 143- 150.

69. Jeffrey Goldsmith, John Salmon. Automatic Creation of Object Hierarchies for Ray Tracing. IEEE Computer Graphics and Applications, Vol. 7, No. 5, p. 14-20, May 1987.

70. John Amanatides and Andrew Woo. A fast voxel traversal algorithm for ray tracing. In G. Marechal, editor, Eurographics '87, p. 3-10. North-Holland, August 1987.

71. John R. Wallace, Kells A. Elmquist, Eric A. Haines. A ray tracing algorithm for progressive radiosity. Computer Graphics, 23(3):315-324, July 1989. Proceedings SIGGRAPG'89 in Boston.

72. John R. Wallace, Michael F. Cohen, Donald P. Greenberg. A two-pass solution to the rendering equation: a synthesis of ray-tracing and radiosity methods. SIGGRAPH'87. Computer Graphics, 21(4), p. 311-320.

73. Jon L. Bentley. Multidimensional binary search trees used for associative searching. Communications of the ACM, volume 18, number 9, p. 509-517. ACM, 1975.

74. Jones C.B. A new approach to the 'hidden line' problem. Computer Journal, 14(3), p. 232-237 (1971).

75. Kaihuai Qin, Minglun Gong, Youjiang Guan, Wenping Wang. A new method for speeding up ray tracing NURBS surfaces Computers & Graphics, 21(5), p. 577-586, Pergamon Press / Elsevier Science, September 1997.

76. Kaplan M. Space-Tracing: A constant Time Ray-Tracer. SIGGRAPH'85, State of the Art in Image Synthesis seminar notes, p. 149-158. July 1985.

77. Karol Myszkowski. Lighting reconstruction using fast and adaptive density estimation techniques. Rendering Techniques '97 (Proceedings of the Eighth Eurographics Workshop on Rendering), p. 321-326. Springer Verlag, 1997.

78. Kay, T. L., and Kajiya, J. T. Ray tracing complex scenes. In Computer Graphics (SIGGRAPH '86 Proceedings) (Aug. 1986), D. C. Evans and R. J. Athay, Eds., vol. 20, p. 269-278.

79. Ken Chiu, Kurt Zimmermann, Peter Shirley. The Light Volume: An Aid to Rendering Complex Environments. Eurographics Rendering Workshop 1996. p. 1-10, 1996.

80. Koji Nakamaru, Yoshio Ohno. Breadth-First Ray Tracing Utilizing Uniform Spatial Subdivision. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics. October-December 1997 (Vol. 3, No. 4). p. 316-328.

81. Krzysztof S. Klimaszewski and Thomas W. Sederberg. Faster ray tracing using adaptive grids. IEEE Computer Graphics and Applications, 17(1):42-51, January 1997. bounding volume hierarchy with grids at each level & more.

82. Larry Aupperle and Pat Hanrahan. A hierarchical illumination algorithm for surfaces with glossy reflection. In Computer Graphics Proceedings, Annual Conference Series: SIGGRAPH'93 (Anaheim, CA, USA), p. 155-162. ACM SIGGRAPH, New York, August 1993.

83. Loren Carpenter. The A-buffer, an antialiased hidden surface method. In Hank Christiansen, editor, Computer Graphics (SIGGRAPH '84 Proceedings), volume 18, p. 103-108, July 1984.

84. Luebke D., Georges C. Portals and mirrors: Simple, fast evaluation of potentially visible sets. Symposium on Interactive 3D Graphics (P. Hanrahan and J. Winget, eds.), p. 105106, ACM SIGGRAPH, (April, 1995).

85. Mark A. Z. Dipp'e and Erling Henry Wold. Antialiasing through stochastic sampling. In B. A. Barsky, editor, Computer Graphics (SIGGRAPH '85 Proceedings), volume 19, p. 69-78, July 1985.

86. Masataka Ohta and Mamoru Maekawa. Ray Coherence Theorem and Constant Time Ray Tracing Algorithm. Computer Graphics 1987. Proceedings of CG International'87. p. 303-314, 1987.

87. Maurice van der Zwaan, Erik Reinhard, Frederik W. Jansen. Pyramid Clipping for Efficient Ray Traversal. Eurographics Rendering Workshop 1995. p. 1-10, 1995.

88. McMillan L. An Image-Based Approach to Three-Dimensional Computer Graphics. Ph.D. Thesis, University of North Carolina at Chapel Hill, 1997.

89. Michael Bailey, Andrew Glassner. Introduction to Computer Graphics. Course Notes. SIGGRAPH 2001.

90. Nussenzveig, H. Moyses. The Theory of the Rainbow. Scientific American, vol. 236, no. 4, p. 116-127, April 1977.

91. Parker, S., Shirley, P., Smits, B. Single Sample Soft Shadows. Tech. Rep. UUCS-98-019, Computer Science Department, University of Utah (1998).

92. Pat Hanrahan. A survey of ray-surface intersection algorithms. In Andrew S. Glassner, editor, An introduction to ray tracing, p. 79-119. Academic Press, 1989.

93. Peter Shirley, Changyaw Wang, Kurt Zimmerman. Monte Carlo Techniques for Direct Lighting Calculations. ACM Transactions on Graphics. 15 (1), p. 1-36, 1996.

94. Peter Shirley. A Ray Tracing Method for Illumination Calculation in Diffuse-Specular Scenes. Graphics Interface '90. p. 205-212, 1990.

95. Peter Shirley. Hybrid Radiosity/Monte Carlo Methods. Siggraph 94. Advanced Radiosity Course Notes.

96. Peter Shirley. Physically Based Lightning Calculations for Computer Graphics. Ph.D. thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, 1991.

97. Philip Dutre, Kavita Bala, Philippe Bekaert. Advanced Global Illumination. SIGGRAPH 2001 Course Note 20, August 12, 2001.

98. Philipp Slusallek. Introduction to Interactive Ray-Tracing. Siggraph 2001.Couse Note 13,2001.

99. Pueyo X., Tost D., Martin I., Garcia B. Radiosity for Dynamic Environments. The Journal of Visualization and Comp. Animation, 8(4):221—231, 1997.

100. Ramasubramanian M., Pattanaik S.N., Greenberg D.P. A Perceptually Based Physical Error Metric for Realistic Image Synthesis. In SIGGRAPH 99 Conference Proceedings, Annual Conference Series, p. 73-82, 1999.

101. Robert L. Cook, Loren Carpenter, Edwin Catmull. The Reyes Image Rendering Architecture. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 87). p. 95-102, 1987.

102. Roberts L.G. Machine perception of three dimensional solids. Technical Report TR-315, Lincoln Laboratory, MIT, Cambridge, MA, May 1963.

103. Rushmeier H., Ward G., Piatko C., Sanders P., Rust B. Comparing Real and Synthetic Images: Some Ideas About Metrics. In Eurographics Rendering Workshop 1995, p. 8291, 1995.

104. Schlick, C. A survey of shading and reflectance models for computer graphics. Computer Graphics Forum 13, 2 (June 1994), p. 121-132.

105. Schoeffel F., Pomi P. Reducing Memory Requirements for Interactive Radiosity Using Movement Prediction. In Eurographics Rendering Workshop 1999, p. 225-234, 1999.

106. Shirley, P., Wang, C. Distribution ray tracing: Theory and practice. In Proceedings of the Third Eurographics Workshop on Rendering, Bristol, United Kingdom (1992), p. 3343.

107. Sillion, F.X., Puech, C. A general two-pass method integrating specular and diffuse reflection, SIGGRAPH'89, Computer Graphics, 23(3), p. 335-344.

108. Teller S.J., Sequin C.H. Visibility preprocessing for interactive walkthroughs. SIGGRAPH'91 Proceedings. T.W. Sederberg, ed., vol. 25, p. 61-69, (July 1991).

109. Tomas Akenine-Moller. Fast 3D Triangle-Box Overlap Testing. Journal of Graphics Tools. 6(1), p. 29-33,2001.

110. Troutman, R., Nelson L. Max. Radiosity Algorithm Using Higher Order Finite Elements. In Computer Graphics Proceedings, Annual Conference Series, 1993, p. 209212.

111. Turner Whitted. An improved illumination model for shaded display. Communications of the ACM, volume 23, number 6, p. 343-349. ACM, June 1975.

112. Vlastimil Havran, Jim Bittner, Jimi Sara. Ray Tracing with Rope Trees. 14th Spring Conference on Computer Graphics, p. 130-140, 1998.

113. Ward, G.J. Measuring and modeling anisotropic reflection. Computer Graphics 26, 2 (July 1992), p. 265-272.

114. Ward, G.J. The RADIANCE lighting simulation and rendering system. In Computer Graphics Proceedings (1994), Annual Conference Series, ACM SIGGRAPH, p. 459-472.

115. Ward, G.J., Heckbert P. Irradiance Gradients. Third Annual Eurographics Workshop on Rendering, Springer-Verlag, May 1992.

116. Whitted, Turner. An Improved Illumination Model for Shaded Display. Communications of the ACM, vol. 23, p. 343-349, 1975.

117. Wilson, Tom, Narsingh Deo. Acceleration Schemes for Ray Tracing. Technical Report CS-TR-92-22, Department of Computer Science, University of Central Florida, September 1992.

118. Woo, A. Fast ray-box intersection. In Graphics Gems, A. S. Glassner, Ed. Academic Press, San Diego, 1990, p. 395-396.

119. Wylie C., Romney G.W., Evans D.C., Erdahl A.C. Halftone perspective drawings by computer. In FJCC, p. 49-58, 1967.

120. Zatz, Harold R. Galerkin Radiosity: A Higher Order Solution Method for Global Illumination. In Computer Graphics Proceedings, Annual Conference Series, 1993, p. 213-220.1. Предметный указатель

121. A-buffer, antialiased averaged area accumulation buffer 191. Ambient light 23, 48,1. Antialiasing 16, 19, 20

122. Bidirectional path tracing 44

123. Bidirectional ray tracing 17

124. Bound Box Hierarchies 13, 461. Caustic 241. Cluster radiosity 421. Color bleeding 15,23,341. Direct lighting 23

125. Distributed ray tracing 16

126. Finite element radiosity 331. Form-factor 34, 351. Grids 461. Hard shadow 26

127. Hardware based rendering 61. Hierarchical radiosity 421.age based rendering 211.direct lighting 23, 231. Kd tree 211.ght buffer 521.ght source 251. Maps 52

128. Monte-Carlo ray tracing 43 Occluder 45

129. Shading calculations 50 Shadow 26 Shadow rays 45 Soft shadow 27 Software-based rendering 6 Texturing 50 Umbra 23 Voxel 21 Z buffer 18