Тень — это отсутствие света. Если лучи от источника света не попадают на объект, так как поглощаются другим объектом, то первый объект находится в тени. Тени добавляют реализма к изображению и дают увидеть взаимное расположение объектов. Благодаря ним сцена приобретает "глубину". Сравните следующие изображения сцены с тенями и без:

Как можно заметить, тени делают намного более очевидным то, как объекты расположены друг относительно друга. Благодаря теням видно, что один из кубов висит в воздухе.

Тени сложновато реализовать, особенно потому что реалтайм алгоритм для идеальных теней ещё не придуман. Существуют несколько хороших способов для приблизительного рассчёта теней, но они все имеют свои особенности, которые надо принимать во внимание.

Один из методов — карты теней (shadow maps) — относительно простой в реализации, используется в большинстве видеоигр и даёт достойные результаты. Карты теней не так уж и трудно понять, они довольно дёшевы с точки зрения производительности и их легко улучшить до более продвинутых алгоритмов (типа теней от точечного источника света или каскадных карт теней)

Продвинутое освещение

В уроке посвященном основам освещения мы кратко разобрали модель освещения Фонга, позволяющую придать существенную долю реализма нашим сценам. Модель Фонга выглядит вполне неплохо, но имеет несколько недостатков, на которых мы сосредоточимся в данном уроке.

Гамма-коррекция

Итак, мы вычислили цвета всех пикселей сцены, самое время отобразить их на мониторе. На заре цифровой обработки изображений большинство мониторов имели электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). Этот тип мониторов имел физическую особенность: повышение входного напряжение в два раза не означало двукратного увеличения яркости. Зависимость между входным напряжением и яркостью выражалась степенной функцией, с показателем примерно 2.2, также известным как гамма монитора.

Сглаживание

В своих изысканиях, посвященных трехмерному рендеру вы наверняка сталкивались с появлением пикселизованных зазубрин по краям отрисовываемых моделей. Эти отметины неизбежно появляются из-за принципа преобразования вершинных данных в экранные фрагменты растеризатором где-то в глубине пайплайна OpenGL. К примеру, даже на такой простой фигуре как куб уже заметны эти артефакты:


Беглый взгляд, возможно, и не заметит ничего, но стоит посмотреть внимательней и на гранях куба проявятся означенные зазубрины. Попробуем увеличить изображение:


Нет, это никуда не годится. Разве такое качество изображения хочется видеть в релизной версии своего приложения?

Эта статья разделена на две основные части, Трассировка лучей и Растеризация, в которых рассматриваются два основных способа получения красивых изображений из данных. В главе Общие концепции представлены некоторые базовые понятия, необходимые для понимания этих двух частей.

В этой работе мы сосредоточимся не на скорости, а на чётком объяснении концепций. Код примеров написан наиболее понятным образом, который не обязательно является самым эффективным для реализации алгоритмов. Есть множество способов реализации, я выбрал тот, который проще всего понять.

«Конечным результатом» этой работы будут два завершённых, полностью рабочих рендереров: трассировщик лучей и растеризатор. Хотя в них используются очень отличающиеся подходы, при рендеринге простой сцены они дают схожие результаты: