Iluminación global

Rendering sin iluminación global. Áreas que se encuentran fuera de la definición de la luz directa de la lámpara de techo. Por ejemplo, la carcasa de la lámpara aparece completamente uniforme. Sin la luz ambiente agregada en el render, parecería uniformemente negro.

Rendering con iluminación global. La luz se refleja en superficies, y las transferencias de luz de color de una superficie a otra. Observe cómo el color de la pared roja y la pared verde (no visible) se refleja en otras superficies de la escena. También notable es el caustic proyectado sobre la pared roja desde la luz pasando por la esfera de vidrio.

Iluminación global (GI), o iluminación indirecta, es un grupo de algoritmos utilizados en gráficos 3D por computadora que están destinados a agregar más iluminación realista a escenas 3D. Dichos algoritmos tienen en cuenta no solo la luz que proviene directamente de una fuente de luz (iluminación directa), sino también los casos posteriores en los que los rayos de luz de la misma fuente se reflejan en otras superficies de la escena, ya sea reflectante o no (iluminación indirecta).

Teóricamente, los reflejos, las refracciones y las sombras son ejemplos de iluminación global porque, al simularlos, un objeto afecta la representación de otro (a diferencia de un objeto que solo se ve afectado por una fuente de luz directa). En la práctica, sin embargo, solo la simulación de interreflexión difusa o cáusticas se denomina iluminación global.

Algoritmos

Las imágenes renderizadas con algoritmos de iluminación global a menudo parecen más fotorrealistas que las que solo utilizan algoritmos de iluminación directa. Sin embargo, tales imágenes son computacionalmente más costosas y, en consecuencia, mucho más lentas de generar. Un enfoque común es calcular la iluminación global de una escena y almacenar esa información con la geometría (por ejemplo, radiosidad). Luego, los datos almacenados se pueden usar para generar imágenes desde diferentes puntos de vista para generar recorridos de una escena sin tener que realizar costosos cálculos de iluminación repetidamente.

La radiosidad, el trazado de rayos, el trazado de haces, el trazado de conos, el trazado de trayectorias, el trazado de trayectorias volumétricas, el transporte de luz de Metropolis, la oclusión ambiental, el mapeo de fotones, el campo de distancia con signo y la iluminación basada en imágenes son ejemplos de algoritmos utilizados en la iluminación global, algunos de los cuales pueden usarse juntos para producir resultados que no son rápidos, pero sí precisos.

Estos algoritmos modelan la interreflexión difusa, que es una parte muy importante de la iluminación global; sin embargo, la mayoría de estos (excluyendo la radiosidad) también modelan la reflexión especular, lo que los convierte en algoritmos más precisos para resolver la ecuación de iluminación y proporcionar una escena iluminada de manera más realista. Los algoritmos utilizados para calcular la distribución de la energía luminosa entre las superficies de una escena están estrechamente relacionados con las simulaciones de transferencia de calor realizadas mediante métodos de elementos finitos en el diseño de ingeniería.

Fotorrealismo

Vista exterior de un modelo arquitectónico

Ejemplo de una capa de oclusión ambiente

Lograr un cálculo preciso de la iluminación global en tiempo real sigue siendo difícil. En gráficos 3D en tiempo real, el componente difuso de interreflexión de la iluminación global a veces se aproxima mediante un "ambiente" término en la ecuación de iluminación, que también se denomina "iluminación ambiental" o "color ambiental" en paquetes de software 3D. Aunque este método de aproximación (también conocido como "trampa" porque no es realmente un método de iluminación global) es fácil de realizar computacionalmente, cuando se usa solo no proporciona un efecto adecuadamente realista. Se sabe que la iluminación ambiental "aplana" sombras en escenas 3D, lo que hace que el efecto visual general sea más suave. Sin embargo, si se usa correctamente, la iluminación ambiental puede ser una forma eficiente de compensar la falta de potencia de procesamiento.

Procedimiento

Cada vez se utilizan más algoritmos especializados en programas 3D que pueden simular eficazmente la iluminación global. Estos algoritmos son aproximaciones numéricas a la ecuación de renderizado. Los algoritmos bien conocidos para calcular la iluminación global incluyen el trazado de rutas, el mapeo de fotones y la radiosidad. Aquí se pueden distinguir los siguientes enfoques:

• Inversión: L=()1− − T)− − 1Le{fnMicrosoft Sans Serif}
  • no se aplica en la práctica
• Ampliación: L=.. i=0JUEGO JUEGO TiLe{displaystyle L=sum ¿Qué?
  • enfoque bidireccional: Cartografía de fotones + Trazado de rayos distribuidos, Trazado de ruta bidireccional, Transporte ligero de Metropolis
• Iteración: Lntle+=L()n− − 1){displaystyle L_{n}tl_{e}+=L^{(n-1)}
  • Radiosidad

En la notación Light-path, iluminación global, los caminos del tipo L (D | S) corresponden a * E.

Puede encontrar un tratamiento completo en

Iluminación basada en imágenes

Otra forma de simular la iluminación global real es el uso de imágenes de alto rango dinámico (HDRI), también conocidas como mapas ambientales, que rodean e iluminan la escena. Este proceso se conoce como iluminación basada en imágenes.

Lista de métodos