Inleiding tot 3D in de praktijk: Ray-tracing

Met ray-tracing kunt u de meest realistische afbeeldingen maken die u zich maar voor kunt stellen. Met ray-tracing bent u bijvoorbeeld in staat om de refractie van licht door verschillende materialen, zoals bijvoorbeeld lucht, water en glas, perfect na te bootsen. Niet alle 3D-programma’s bieden de mogelijkheid tot ray-tracing.

Ray-tracing berekent de weg die lichtstralen afleggen in een scène. Lichtstralen reflecteren tussen objecten, staan af en toe bloot aan refractie en ga zo maar door. Sommige van deze lichtstralen bereiken de virtuele camera die in de scène is opgesteld. Omdat dus niet alle lichtstralen de camera bereiken is het niet nodig om alle lichtstralen in de scène te berekenen.

Om er nu voor te zorgen dat niet alle lichtstralen berekend hoeven te worden wordt het licht gevolgd vanaf de camera tot aan de lichtbron. Dit noemen we backward ray-tracing. Dit doen we om het rekenwerk te verminderen.

Ray-tracing kan standaard schaduwen berekenen en ook transparantie, reflectie en refractie. Het resultaat van ray-tracing is dan ook vaak verbluffend echt. Een nadeel van ray-tracing is dat er zwaar moet worden gerekend, waardoor het veel trager is dan de eerder besproken rendertechnieken

Renderfarm

Rendering kan heel wat tijd in beslag nemen. Met name ray-tracing is vaak een complexe bezigheid. Bij complexe scènes, of bij animaties, kan het soms uren, of zelfs dagen duren voordat het werk gerenderd is. Om dit probleem te verzachten hebben sommige 3D-programma’s de mogelijkheid om via een netwerk (network rendering) processorkracht ‘af te snoepen’ van andere computers in het netwerk. De software gaat dan kijken welke computers het rustig hebben en zetten die vervolgens aan het werk om een deel van het renderen voor hun rekening te nemen. Zo’n groep computers wordt ook wel een renderfarm genoemd.

Radiosity

Een stapje verder in het nabootsen van realisme is mogelijk met behulp van de techniek Radiosity dat door sommige 3D-programma’s wordt ondersteund. In hoofdstuk 2 hebt u kunnen lezen dat een object een bepaalde kleur heeft, omdat sommige lichtstralen worden geabsorbeerd, terwijl andere lichtstralen worden gereflecteerd. Zo absorbeert een groen voorwerp de kleuren rood en blauw en wordt de kleur groen dus gereflecteerd. Het licht dat weerkaatst (reflectielicht), valt ook op nabijgelegen objecten. Zou naast het groene object een wit voorwerp staan, dan zullen delen van de het witte object een groene tint krijgen door het indirecte (gereflecteerde) licht dat op het witte object valt. Dit wordt diffuse interreflection genoemd.

De straling van een kleur van een object op een ander object wordt radiosity genoemd.

Dit verschijnsel is in de ‘werkelijke wereld’ overal aanwezig waar licht is. Voor 3D-programma’s is het echter vaak een moeilijke klus om radiosity na te bootsen en het kost dan ook de nodige rekenkracht.

De effecten die u met radiosity kunt bereiken zijn ongelofelijk en sommige afbeeldingen zijn niet van echt te onderscheiden! In dat geval spreekt men van fotorealistische afbeeldingen. Een groot voordeel van radiosityrendering is dat de gehele scène gerenderd wordt. Dit houdt in dat als we de scène vanuit een ander camerapunt willen bekijken, de scène niet opnieuw berekend hoeft te worden. Waarschijnlijk zal in de toekomst steeds meer gebruik worden gemaakt van radiosityrendering.

Ook voor de afbeelding van de dame waarmee hoofdstuk zes begint, is gebruikgemaakt van radiosity. De betreffende scène bevat maar 1 point light. Daarnaast wordt het object belicht door een sphere die om de dame heen is geplaatst met behulp van een luminosity mapping en een platte polygoon. De polygoon heeft een hoge luminosity-setting. Hierdoor worden de sphere en de polygoon door de radiosity-engine als een lamp behandeld, waardoor de objecten in de omgeving worden belicht.