Ray tracing: differenze tra le versioni

Versione delle 02:55, 9 dic 2012

Versione delle 12:21, 30 dic 2012

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Il primo algoritmo di ray casting (in opposizione a quello di ray tracing) venne presentato da [[Arthur Appel]] nel [[1968]]. L'idea di fondo del ray casting consiste nel far partire i raggi dall'occhio, uno per [[pixel]], e trovare il più vicino oggetto che ne blocca il percorso (occorre pensare ad un'immagine come ad una grata, in cui ogni quadrato corrisponde ad un pixel). L'oggetto colpito è quello che l'occhio vede attraverso quel pixel. Usando le proprietà del materiale e gli effetti della luce nella scena, questo algoritmo è in grado di determinare il colore dell'oggetto. Questa supposizione è fatta pensando che una superficie è visibile se il raggio la raggiunge senza essere bloccato o in ombra. Il colore della superficie viene calcolato usando i tradizionali [[shading model]] presenti in [[Computer grafica]]. Un importante vantaggio offerto dal ray casting rispetto al più vecchio [[scanline rendering|algoritmo di scanline]], è la sua capacità di gestire con semplicità superfici solide o non-piane, come ad esempio [[Cono (solido)|coni]] e [[sfera|sfere]]. Se una superficie matematica può essere colpita da un raggio, il ray casting è in grado di disegnarla. Oggetti complicati possono essere creati utilizzando tecniche di [[modellazione solida]], e facilmente renderizzati.

Il ray casting per la produzione di computer grafica venne usato per la prima volta da alcuni scienziati del [[Mathematical Applications Group, Inc.]], (MAGI) di Elmsford, [[New York (stato)|New York]]. Nel [[1966]], il gruppo venne creato per effettuare calcoli di esposizione alle radiazioni da parte del [[United States Department of Defense|Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti]]. Il [[software]] creato dal MAGI calcolava non solo i rimbalzi dei [[raggi gamma]] sulle superfici (il ray casting per le radiazioni era utilizzato dagli [[anni 1940|anni '40quaranta]]), ma anche il modo in cui penetravano negli oggetti e ne venivano rifratti. Questi studi aiutarono il Governo a scegliere alcune applicazioni militari, costruendo veicoli che avrebbero protetto le truppe dalle [[radiazione|radiazioni]] e veicoli di rientro per le [[Esplorazione spaziale|esplorazioni spaziali]]. Sotto la direzione del dr. [[Philip Mittelman]], gli scienziati svilupparono un metodo per la generazione di immagini utilizzando lo stesso software. Nel [[1972]] MAGI divenne un'azienda commerciale di animazione, che utilizzò il ray casting per creare animazioni 3D per la [[televisione]], [[documentario (film)|documentari]], e film (crearono buona parte del film ''[[Tron (film)|Tron]]'' utilizzando esclusivamente il ray casting). La MAGI venne chiusa nel [[1985]].

=== Algoritmo di Ray tracing ===

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Crea un raggio che, dall'occhio, passa attraverso questo pixel

Inizializza "NearestT" a "INFINITO" e "NearestObject" a "NULL"

Per ogni oggetto della scena {

Se il raggio colpisce questo oggetto {

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}

}

Se "NearestObject" è "NULL" {

Colora questo pixel con il colore di sfondo

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Nella progettazione delle lenti acquistano importanza due casi particolari. Nel primo caso, i raggi provenienti da una sorgente luminosa si incontrano in un [[fuoco (ottica)|punto focale]] dove possono interferire in modo costruttivo e distruttivo gli uni con gli altri. Nella regione focale prossimale, i raggi possono essere approssimati convenientemente da [[onda piana|onde piane]] che ne ereditano la direzione. La lunghezza del percorso ottico (OPL) dalla sorgente viene utilizzata per determinare la [[Fase (segnali)|fase]] dell'onda. La [[derivata]] della posizione del raggio nella regione focale rispetto alla posizione della sorgente è usata per ottenere la larghezza del raggio e, da questa, l'[[ampiezza]] dell'onda piana. Il risultato è la [[funzione di diffusione del punto luminoso]] (''point spread function'' o PSF), la cui [[trasformata di Fourier]] corrisponde alla [[funzione di trasferimento della modulazione]] (MTF), da cui si può calcolare anche il [[rapporto di Strehl]].

Il secondo caso considera l'interferenza dei [[fronte d'onda]] (l'insieme dei punti che hanno la stessa fase) che sono approssimabili, come detto in precedenza, a delle superfici piane. Quando i raggi si avvicinano tra loro, o si intersecano, questa approssimazione viene meno.

Le interferenze di onde sferiche non hanno solitamente a che fare con il ray tracing dato che la [[diffrazione]], ad una determinata apertura, non può essere calcolata.