Para crear imágenes foto realistas se utilizan diferentes técnicas de programación, siendo el "Raytracing" o "trazado de rayos" una de las que ofrece resultados más interesantes. En este artículo se introducen conceptos necesarios para entender cómo se genera una de estas imágenes, a la vez que se presenta esta técnica mediante una secuencia de "fotos intermedias" que explican detalladamente propiedades de los modelos de iluminación sintética.
No se profundiza en el algoritmo por la limitación de espacio y el objetivo de introducción propuesto, centrándose en exponer las principales ideas para su comprensión. Si se está interesado, puede consultarse por ejemplo en Raytracing (Wikipedia).
Trazando rayos como modelo de cálculo
Supongamos que queremos obtener una imagen de un objeto sencillo, una esfera. Igual que cuando efectuamos una fotografía convencional, la posición del fotógrafo respecto del objeto, que se denomina punto de vista "A" en nuestro caso, determina la perspectiva obtenida. Si movemos el punto de vista obtenemos una imagen diferente que se proyecta sobre el plano de la película o el sensor de la cámara.
Podemos suponer que desde el punto de vista "A" se generan unos rayos que pueden intersecar con los objetos de la escena o el plano de proyección (plano de imagen). En el caso de la fotografía, el plano de proyección se encuentra entre el punto de vista o fotógrafo y los objetos a fotografiar. En el caso de la imagen de síntesis, son los objetos de la escena los que se suponen situados entre el punto de vista y el plano de proyección
En la figura, el rayo que parte de "A" interseca en "B" si no se encuentra con un objeto delante (esfera en este caso). El punto "B" puede ser considerado un "pixel" de nuestra imagen, su color dependerá por tanto de los objetos de la escena y de las condiciones de iluminación.
Supongamos que nuestra escena es un poco más compleja, introducimos varios elementos sencillos como un plano y varias esferas para poder incorporar efectos como los reflejos de unos elementos sobre los otros.
El plano tiene asociado una imagen. Para simplificar la escena la imagen es una cuadrícula blanca y verde, que facilita la interpretación del resultado.
El esquema de cálculo tiene que estructurarse en etapas básicas, siendo más o menos complejas de implementar en un programa de "rendering".
Para su explicación. Os dejo una secuencia creciente en complejidad, que permite aproximar la dificultad del problema.
| Detección de intersecciones |
| Los rayos que intersecan con alguna de las superficies de la escena (en blanco) determinan las zonas que tienen el color de fondo (negro) |
| Color de material |
| El color del objeto sirve para identificar las diferentes superficies que componen la escena. El rayo debe identificar la intersección más próxima a la posición de la cámara, solucionando la visibilidad. |
| Iluminación difusa |
| La incorporación del modelo de "Lambert" (wikipedia) de iluminación aporta volumen realzando la profundidad de la escena. Con elevado número de luces se produce saturación hacia el blanco |
| Phon |
| La incorporación de brillos con el modelo de "Phon" (wikipedia) aporta textura a los objetos. El modelo de Phon basa la intensidad del brillo en el ángulo de incidencia de la luz sobre el objeto, relacionándolo con la posición del observador |
| Sombras |
| La incorporación de sombras completa la información de profundidad |
| Reflexiones |
| Efectos de reflexión dan brillantez y mejoran dando más realismo a la escena |
| Transparencias |
| El efecto de transparencias debe influir reduciendo la dureza de las sombras producidas |
| Refracción |
| Efectos de distorsión en la dirección de los rayos al atravesar diferentes medios. |
| Motion Blur |
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| Efectos de desenfoque producido por la superposición de imágenes. Usado para generar efectos de movimiento. |
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Esta simple nos da una ligera idea de las posibilidades del "Raytracing", en el que profundizaremos técnicamente en nuevos artículos.
Algunos ejemplos de imágenes las podéis encontrar el estos enlaces. Son variaciones sobre un mismo tema. Las limitaciones de almacenamiento obligan a poner el enlace. ;)
Rubick esferas
Distorsión
Distorsión transparente
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