Podręcznik Grafika komputerowa i wizualizacja

13.5. Siatka podziału na fragmenty

W metodzie energetycznej cała scena (wszystkie obiekty) musi zostać podzielona na fragmenty elementarne. Stosuje się podział równomierny lub adaptacyjny. W ten sposób uzyskuje się siatkę fragmentów pokrywającą całą scenę. Stosuje się różne rodzaje siatek, najprostszymi i najczęściej najefektywniejszymi są siatki trójkątne lub czworokątne.

Ponieważ jakość uzyskanego obrazu zależy bardzo silnie od liczby powierzchni elementarnych (i tym samym od ich wielkości), to najlepiej byłoby prowadzić obliczenia dla możliwie dużej liczby powierzchni. Jednak ze względu na kwadratową złożoność obliczeniową takiego zadania trudno uzyskać dobre efekty w rozsądnym czasie. Cohen w 1986 roku zaproponował metodę adaptacyjną podziału powierzchni zależną od gradientu oświetlenia. Proces obliczeniowy rozpoczyna się od zadanego (najczęściej przez użytkownika) poziomu podziału. Następnie prowadzi się obliczenia iteracyjne uwzględniając podział powierzchni w obszarach o dużym gradiencie oświetlenia. Tak realizowany algorytm zapewnia możliwość uzyskania oczekiwanej dokładności (osiągnięcia założonych różnic między podziałami) bez potrzeby prowadzenia obliczeń z dużą dokładnością na całej scenie.

Symulacje oświetlenia pokoju przedstawione na rysunku 13.4. zostały zrealizowane metodą bilansu energetycznego. Przyjęto różne warianty podziału sceny na fragmenty elementarne. Górny rząd jest to podział równomierny. Dolny rząd podział adaptacyjny. Lewa kolumna – podział na większe elementy. Prawa kolumna – podział na mniejsze elementy. Widać różnice w wyznaczeniu barw dla różnych schematów podziału. Podział gęsty równomierny, co prawda prosty realizacyjnie, ale nie zapewnia możliwości uzyskania szczegółów chociaż jak widać dla wielu powierzchni podział ten jest już zbyt gęsty (nie uzyskuje się różnic w stosunku do rysunku z podziałem bardzo rzadkim). Szczegóły
pojawiają się dopiero przy podziale adaptacyjnym.

Rys.13.4. Symulacja oświetlenia pokoju wykonana metodą bilansu energetycznego
dla różnych siatek podziału powierzchni. Górny rząd podział równomierny,
dolny – adaptacyjny. Z lewej siatka rzadka, z prawej gęsta. 
Opracowanie rysunków Krzysztof Wandachowicz ©, publikowane za zgodą autora.

Rys.13.5. Siatki podziału dla symulacji z rysunku 13.4.
Opracowanie rysunków Krzysztof Wandachowicz ©, publikowane za zgodą autora.

Warto zwrócić uwagę na odbiór całego obrazu. Brak realności jest cechą, którą można przypisać rysunkowi 13.4 a). Ale nie dlatego że jest ewidentny brak szczegółów oświetlenia na ścianach, ale dlatego, że brak szczegółów cienia przy nogach stołów sprawia, że mamy wrażenie jakby meble wisiały w powietrzu. W wielu sytuacjach generowania realistycznych obrazów w grafice warto zwrócić uwagę na szczegóły, które decydują o odbiorze rysunku. I bardzo często są to drobiazgi niezwiązane bezpośrednio z najtrudniejszymi i najbardziej pracochłonnymi zadaniami.