تخطيط الظلال للصور الرقمية

المشهد بعد تخطيط ظلال الصورة الرقمية

المشهد بدون تخطيط ظلال الصورة الرقمية

يعد تخطيط الظل أوإسقاط التظليل عملية تتم من خلالها إضافة الظلال إلى رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد. تم تقديم هذا المفهوم من قبل لانس ويليامز في عام 1978 ، في ورقة بعنوان "صب الظلال المنحنية على الأسطح المنحنية". منذ ذلك الحين ، تم استخدامه في جميع من المشاهد المعدة مسبقاً والواقعية في الكثير من ألعاب وحدة التحكم وأجهزة الكمبيوتر. يتم إنشاء الظلال عن طريق اختبار ما إذا كانت البكسل مرئية من مصدر الضوء ، بمقارنة البكسل مع المخزن المؤقت z أوصورة عمق عرض مصدر الضوء ، المخزنة في شكل مادة.

مبدأ الظل وتخطيط الظل

إذا نظرت من مصدر ضوء ، ستظهر جميع الأمور التي تقدر رؤيتها في الضوء. ومع ذلك ، فإن أي شيء وراء هذه الأمور سيكون في الظل. هذا هوالمبدأ الأساسي المستخدم لإنشاء خريطة الظل. يتم تقديم عرض الضوء ، وتخزين عمق جميع سطح يراه (خريطة الظل). بعد ذلك ، يتم تقديم المشهد العادي بمقارنة عمق جميع نقطة مرسومة (كما لوكان الضوء يراها الضوء ، وليس العين) إلى خريطة العمق هذه.

هذه التقنية أقل دقة من أحجام الظل ، ولكن يمكن حتى تكون خريطة الظل بديلاً أسرع اعتمادًا على مقدار وقت التعبئة المطلوب لأي من التقنيتين في تطبيق معين ، وبالتالي قد تكون أكثر ملاءمة للتطبيقات في الوقت العملي. بالإضافة إلى ذلك ، لا تتطلب خرائط الظل استخدام مخزن مؤقت إضافي للاستنسل ، ويمكن تعديلها لإنتاج ظلال بحافة ناعمة. على عكس أحجام الظل ، فإن دقة خريطة الظل محدودة بدقتها.

خطوات الرسم

يتضمن عرض مشهد مظلل خطوتين رئيسيتين للرسم. الأول ينتج خريطة الظل نفسها ، والثاني يطبقها على المشهد. اعتمادًا على التطبيق (وعدد الأضواء) ، قد يحتاج هذا مرتين رسم أوأكثر.

إنشاء تخطيط الظل

المستوى الأولى تجعل المشهد من وجهة نظر الضوء. بالنسبة لمصدر ضوء نقطي ، يجب حتىقد يكون العرض تعبير عن إسقاط منظور واسع مثل زاوية التأثير المطلوبة (سيكون نوعًا من الأضواء المربعة). للضوء الموجه (على سبيل المثال ، من الشمس) ، يجب استخدام إسقاط العامودي.

يتم استخراج المخزن المؤقت للعمق وحفظه. نظرًا لأن معلومات العمق ذات الصلة فقط ، فمن الشائع تجنب تحديث مخازن الألوان وتعطيل جميع حسابات الإضاءة والملمس لهذا العرض ، من أجل توفير وقت الرسم. غالبًا ما يتم تخزين خريطة العمق هذه كمادة في ذاكرة الرسومات. يجب تحديث خريطة العمق هذه في أي وقت عندما تكون هناك تغييرات في الضوء أوالأجسام في المشهد ، ولكن يمكن إعادة استخدامها في مواقف أخرى ، مثل الحالات التي تتحرك فيها كاميرا العرض فقط. (في حالة وجود أضواء متعددة ، يجب استخدام خريطة عمق منفصلة لكل ضوء.) في الكثير من عمليات التطبيق ، من العملي عرض مجموعة فرعية فقط من الأجسام في المشهد على خريطة الظل لتوفير بعض الوقت الذي تستغرقه إعادة رسم الخريطة. أيضًا ، يمكن تطبيق إزاحة العمق التي تحول الأمور بعيدًا عن الضوء على عرض خريطة الظل في محاولة لحل مشاكل الهجريب حيث تكون قيمة خريطة العمق قريبة من عمق السطح الذي يتم رسمه (على سبيل المثال ، سطح صب الظل ) في المستوى التالية. بدلاً من ذلك ، يتم في بعض الأحيان إعدام الوجوه الأمامية وعرض الجزء الخلفي من الأجسام على خريطة الظل فقط للحصول على نتيجة مشابهة.

تظليل المشهد

المستوى الثانية هي رسم المشهد من وجهة نظر الكاميرا المعتادة ، وتطبيق خريطة الظل. تحتوي هذه العملية على ثلاثة مكونات رئيسية ، الأول هوالعثور على إحداثيات المجسم كما هومشروح من الضوء ، والثاني هوالاختبار الذي يقارن التنسيق مع خريطة العمق ، وأخيرًا ، بمجرد إنجازه ، يجب رسم المجسم إما في الظل أوفي الضوء.

تطبيقات تخطيط الظلال في الوقت الحالي

أحد العيوب الرئيسية لرسم خرائط الظل في الوقت الحقيقي هوحتى حجم وعمق خريطة الظل يحدد جودة الظلال النهائية. عادة ماقد يكون هذا مرئيًا على أنه خلل في التعرجات أواستمرارية الظل. طريقة بسيطة للتغلب على هذا القيد هي زيادة حجم خريطة الظل ، ولكن بسبب قيود الذاكرة أوالحوسبة أوالأجهزة ، فإنه ليس من الممكن دائمًا. تم تطوير تقنيات شائعة الاستخدام لرسم خرائط الظل في الوقت العملي للتحايل على هذا القيد. يتضمن ذلك خرائط الظل المتتالية، خرائط الظل شبه المنحرفة، خرائط الظل المنظورة لمساحة الضوء ، أوخرائط الظل الموازي المقسمة.