Radiositas adalah rendering teknologi yang realistis mensimulasikan cara di mana cahaya berinteraksi dalam suatu lingkungan.
Topik ini menyediakan Anda dengan gambaran konseptual apa radiositas dan bagaimana teknik ini iluminasi global yang berhubungan dengan teknik rendering lain yang tersedia di 3ds max . Informasi ini akan membantu Anda memutuskan teknik yang paling cocok untuk tugas visualisasi yang ingin Anda lakukan. Dengan lebih akurat mensimulasikan pencahayaan dalam adegan Anda, 3ds max menawarkan manfaat yang signifikan dari rilis sebelumnya:
- Peningkatan Kualitas Gambar: Teknologi radiositas dari 3ds max menghasilkan lebih akurat fotometrik simulasi pencahayaan dalam adegan Anda. Efek seperti cahaya tidak langsung, bayangan yang lembut, dan pendarahan warna antara permukaan menghasilkan gambar realisme alam yang tidak dicapai dengan render scanline standar. Gambar-gambar ini memberikan representasi yang lebih baik dan diprediksi dari apa desain Anda akan terlihat seperti di bawah kondisi pencahayaan tertentu.
- Pencahayaan Lebih Intuitif: Dalam hubungannya dengan pengenalan teknik radiositas, 3ds max juga menyediakan sebuah antarmuka pencahayaan dunia nyata. Alih-alih menentukan intensitas pencahayaan dengan nilai-nilai sewenang-wenang, intensitas cahaya sekarang dapat ditentukan menggunakan unit fotometrik (lumen, candela, dan sebagainya). Selain itu, karakteristik dunia nyata perlengkapan pencahayaan dapat didefinisikan menggunakan file standar industri Distribusi Intensitas Luminous (seperti IES , CIBSE , dan LTLI ), yang diperoleh dari produsen pencahayaan yang paling. Dengan mampu bekerja dengan antarmuka pencahayaan dunia nyata, Anda dapat lebih intuitif mengatur pencahayaan dalam adegan Anda. Anda dapat lebih fokus pada eksplorasi desain Anda dari pada teknik grafis komputer yang dibutuhkan untuk memvisualisasikan dengan akurat.Top: Sebuah adegan yang diberikan tanpa radiositas.Bawah: Adegan yang sama diberikan dengan radiositas.
Model 3D dibuat dalam 3ds max berisi data geometris didefinisikan dalam hubungan dengan sistem koordinat Cartesian 3D, disebut sebagai ruang dunia . Model ini juga berisi informasi lain tentang bahan dari setiap obyek dan pencahayaan dalam adegan. Gambar pada monitor komputer terdiri dari titik-titik diterangi banyak, yang disebut piksel . Tugas dalam menciptakan sebuah gambar komputer grafis model geometris adalah menentukan warna untuk setiap pixel berdasarkan informasi model dan sudut pandang tertentu (kamera).
Warna dari setiap titik tertentu pada permukaan dalam model merupakan fungsi dari sifat material fisik yang permukaan dan cahaya yang menyala itu. Dua algoritma shading umum: pencahayaan lokal daniluminasi global yang digunakan untuk menggambarkan bagaimana permukaan mencerminkan dan mengirimkan cahaya.
Algoritma pencahayaan lokal hanya menjelaskan bagaimana permukaan individu mencerminkan atau mentransmisikan cahaya. Mengingat deskripsi cahaya tiba di permukaan, algoritma ini matematika, disebut shader di 3ds max , memprediksi intensitas, warna, dan distribusi cahaya meninggalkan permukaan itu. Dalam hubungannya dengan deskripsi bahan, shader berbeda akan menentukan, misalnya, jika permukaan akan muncul seperti plastik atau logam atau jika itu akan muncul halus atau kasar. 3ds max menyediakan antarmuka yang kuat untuk mendefinisikan beragam bahan permukaan yang berbeda.
Setelah mendefinisikan bagaimana individu berinteraksi dengan permukaan cahaya di tingkat lokal, tugas berikutnya adalah untuk menentukan di mana cahaya yang tiba di permukaan berasal. Dengan standar sistem rendering scanline dari 3ds max , hanya cahaya yang berasal langsung dari sumber cahaya sendiri dianggap dalam shading.
Untuk gambar yang lebih akurat, bagaimanapun, adalah penting untuk memperhitungkan tidak hanya sumber cahaya, tetapi juga bagaimana semua permukaan dan benda-benda di lingkungan berinteraksi dengan cahaya. Sebagai contoh, beberapa permukaan memblokir cahaya, bayangan-bayangan pada permukaan yang lain, beberapa permukaan mengkilap, dalam hal ini kita lihat pada mereka refleksi permukaan lainnya, beberapa permukaan yang transparan, dalam hal ini kita melihat permukaan lain melalui mereka, dan beberapa permukaan memantulkan cahaya ke permukaan lainnya.
Rendering algoritma yang memperhitungkan cara-cara di mana cahaya ditransfer antara permukaan dalam model disebut algoritma pencahayaan global. 3ds max menawarkan dua algoritma pencahayaan global sebagai bagian integral dari sistem rendering produksi: ray-tracing dan radiositas .
Sebelum penjelasan tentang bagaimana ray-tracing dan bekerja radiositas, ini berguna untuk memahami bagaimana cahaya didistribusikan dalam dunia fisik. Perhatikan, misalnya, ruang yang ditunjukkan pada ilustrasi di bawah ini.
Dapur diterangi oleh dua lampu
Dapur ini di atas memiliki dua sumber cahaya. Salah satu teori cahaya menganggap cahaya dalam hal partikel diskrit yang disebut foton, yang perjalanan dari sumber cahaya sampai mereka menemukan beberapa permukaan di dapur. Tergantung pada bahan permukaan, beberapa foton diserap dan lain-lain yang tersebar kembali ke lingkungan. Fakta bahwa foton bepergian pada panjang gelombang tertentu diserap sedangkan yang lain tidak adalah apa yang menentukan warna permukaan.
Permukaan yang sangat halus mencerminkan foton dalam satu arah, dengan sudut sama dengan sudut di mana mereka tiba di permukaan, sudut datang. Permukaan ini dikenal sebagai permukaan specular, dan jenis refleksi dikenal sebagai refleksi specular. Sebuah cermin adalah contoh sempurna dari permukaan specular. Tentu saja, banyak bahan menampilkan beberapa derajat refleksi specular dan menyebar baik.
Kiri: refleksi specular
Kanan: Diffuse refleksi
Cara di mana foton tercermin dari permukaan tergantung terutama pada kehalusan permukaan. Permukaan kasar cenderung mencerminkan foton ke segala arah. Ini dikenal sebagai permukaan difus, dan jenis refleksi dikenal sebagai refleksi difus (ditampilkan di atas). Sebuah dinding dicat dengan cat datar adalah contoh yang baik dari permukaan difus.
Penerangan akhir dari dapur ditentukan oleh interaksi antara permukaan dan miliaran foton yang dipancarkan dari sumber cahaya. Pada suatu titik tertentu di permukaan, adalah mungkin bahwa foton telah tiba langsung dari sumber cahaya (pencahayaan langsung) atau secara tidak langsung melalui satu atau lebih memantul dari permukaan lain (iluminasi tidak langsung). Jika Anda berdiri di dapur, jumlah yang sangat kecil dari foton dalam ruangan akan memasuki mata dan merangsang batang dan kerucut retina Anda. Stimulasi ini akan, pada dasarnya, membentuk sebuah gambar yang dirasakan oleh otak Anda.
Dalam grafis komputer kita mengganti batang dan kerucut retina dengan pixel pada layar komputer. Salah satu tujuan dari algoritma pencahayaan global untuk menciptakan kembali, seakurat mungkin, apa yang akan Anda lihat jika Anda berdiri dalam lingkungan yang nyata. Tujuan kedua adalah untuk menyelesaikan tugas ini secepat mungkin, idealnya secara real time (30 gambar per detik). Saat ini, tidak ada algoritma pencahayaan tunggal global dapat mencapai kedua tujuan.
Salah satu algoritma pencahayaan global pertama yang dikembangkan dikenal sebagai ray-tracing. Algoritma ray-tracing mengakui bahwa meski milyaran foton dapat bepergian ke ruangan, foton kami terutama peduli adalah orang-orang yang masuk mata. Algoritma ini bekerja dengan menelusuri sinar mundur, dari setiap piksel pada layar ke dalam model 3D. Dengan cara ini, kita menghitung hanya informasi yang dibutuhkan untuk membangun gambar. Untuk membuat gambar menggunakan ray-tracing, prosedur berikut ini dilakukan untuk setiap pixel pada layar komputer.
- Jika permukaan yang mengkilap berpotongan atau transparan, kita juga harus menentukan apa yang dilihat di atau melalui permukaan sedang diproses. Langkah 1 dan 2 diulang dalam arah yang dipantulkan (dan, dalam kasus transparansi, ditransmisikan) sampai permukaan lain yang dihadapi. Warna pada titik persimpangan selanjutnya dihitung dan faktor ke titik awal.
- Jika permukaan kedua juga reflektif atau transparan, sinar-tracing mengulangi proses, dan seterusnya sampai jumlah maksimum iterasi tercapai atau sampai permukaan tidak lebih yang berpotongan.Ray-tracing: Sinar ditelusuri dari kamera melalui pixel, untuk geometri, kemudian kembali ke sumber cahaya mereka.
Algoritma ray-tracing sangat serbaguna karena berbagai macam efek pencahayaan dapat model. Secara akurat dapat menjelaskan karakteristik iluminasi global pencahayaan langsung, bayangan, refleksi specular (misalnya, cermin), dan pembiasan melalui bahan transparan. Kerugian utama dari ray-tracing adalah bahwa hal itu bisa sangat lambat untuk lingkungan bahkan kompleksitas moderat. Dalam 3ds max , ray-tracing digunakan selektif pada objek dengan sinar-jejak bahan yang menentukan ray-tracing sebagai pilihan naungan mereka. Ray-tracing juga dapat ditentukan untuk sumber cahaya sebagai metode untuk rendering bayang-bayang mereka melemparkan.
Kelemahan signifikan dari kedua ray-tracing dan rendering scanline adalah bahwa teknik ini tidak memperhitungkan salah satu karakteristik yang sangat penting dari iluminasi global, menyebar antar-refleksi.Dengan tradisional ray-tracing dan scanline render, hanya cahaya yang tiba langsung dari sumber cahaya sendiri secara akurat dihitung. Tapi, seperti yang ditunjukkan dalam contoh ruangan, tidak hanya cahaya sampai pada permukaan dari sumber cahaya (pencahayaan langsung), juga tiba dari permukaan lain (indirect lighting). Jika kita adalah untuk sinar-trace gambar dapur, misalnya, daerah dalam bayangan akan tampak hitam karena mereka tidak menerima cahaya langsung dari sumber cahaya. Kita tahu dari pengalaman, bagaimanapun, bahwa daerah ini tidak akan benar-benar gelap karena cahaya mereka akan menerima dari dinding dan lantai di sekitarnya.
Dalam render scanline dan tradisional ray-tracing (versi sebelumnya dari 3ds max ) ini iluminasi tidak langsung biasanya dicatat hanya dengan menambahkan sebuah sewenang-wenang cahaya nilai yang telah tidak ada korelasi dengan fenomena fisik pencahayaan tidak langsung dan konstan di seluruh ruang angkasa. Untuk alasan ini, scanline dan sinar-ditelusuri gambar seringkali dapat muncul sangat datar, terutama rendering lingkungan arsitektur, yang biasanya mengandung sebagian besar permukaan difus.
Untuk mengatasi masalah ini, peneliti mulai menyelidiki teknik alternatif untuk menghitung iluminasi global, menggambar pada penelitian rekayasa termal. Pada tahun 1960 insinyur awal mengembangkan metode untuk simulasi perpindahan panas radiasi antara permukaan untuk menentukan bagaimana desain mereka akan tampil di aplikasi seperti tungku dan mesin. Pada pertengahan 1980-an, komputer grafis peneliti mulai menyelidiki penerapan teknik-teknik untuk simulasi propagasi cahaya.
Radiositas, karena teknik ini disebut dalam dunia komputer grafis, secara fundamental berbeda dari ray-tracing. Daripada menentukan warna untuk setiap pixel pada layar, radiositas menghitung intensitas untuk semua permukaan di lingkungan. Hal ini dilakukan dengan terlebih dahulu membagi permukaan asli ke mesh permukaan lebih kecil dikenal sebagai elemen . Algoritma radiositas menghitung jumlah cahaya didistribusikan dari setiap elemen mesh untuk setiap elemen jala lainnya. Nilai-nilai radiositas akhir disimpan untuk setiap elemen mesh.
Radiositas: Sebuah sinar cahaya yang hits permukaan tercermin oleh sinar menyebar ganda, yang dapat sendiri menerangi permukaan lain. Permukaan dibagi untuk meningkatkan akurasi dari solusi.
Dalam versi awal dari algoritma radiositas, distribusi cahaya antara unsur-unsur jala harus benar-benar dihitung sebelum hasil apapun yang bermanfaat dapat ditampilkan pada layar. Meskipun hasilnya adalah pandangan-independen, preprocessing mengambil cukup banyak waktu. Pada tahun 1988, perbaikan progresif diciptakan. Teknik ini, menampilkan hasil visual langsung yang semakin dapat meningkatkan akurasi dan kualitas visual. Pada tahun 1999, teknik yang disebut relaksasi radiositas stokastik (SRR) diciptakan. Algoritma SRR membentuk dasar dari sistem radiositas komersial yang disediakan oleh Discreet.
Meskipun ray-tracing dan algoritma radiositas sangat berbeda, mereka dalam banyak hal saling melengkapi. Masing-masing teknik memiliki kelebihan dan kekurangan.
Baik radiositas atau ray-tracing menawarkan solusi lengkap untuk simulasi semua efek iluminasi global. Radiositas unggul di render menyebar-ke-difusi antar-refleksi, dan ray-tracing unggul di render refleksi specular. Dengan mengintegrasikan kedua teknik dengan sistem kualitas produksi scanline render, 3ds max menawarkan yang terbaik dari semua dunia. Dalam 3ds max , mungkin untuk scanline atau sinar-trace membuat pandangan tertentu dari sebuah solusi radiositas untuk menambahkan refleksi specular, transparansi dan efek pencahayaan khusus. Dalam situasi ini, solusi radiositas menggantikan konstanta cahaya ambient tidak akurat digunakan dalam banyak program dengan akurat nilai pencahayaan tidak langsung, yang mengarah ke gambar jauh lebih realistis. Dengan mengintegrasikan teknik,3ds max menawarkan berbagai kemungkinan visualisasi, dari cepat, studi pencahayaan interaktif untuk radiositas kombinasi / ray ditelusuri gambar kualitas luar biasa dan realisme.
