Видонезависимое моделирование осветительных установок локальными оценками метода Монте–Карло
Ключевые слова:
3D-моделирование сцен, трассировка лучей, метод Монте–Карло, локальные оценки, видонезависимая визуализация, качество изображения
Аннотация
Задача автоматизированного проектирования осветительных установок актуальна более 10 лет. Наиболее популярные пакеты автоматизированного проектирования по расчету осветительных установок, такие как DIAlux и Relux, основаны на решении уравнения излучательности. Оно позволяет моделировать распределения освещенности, и на его основе можно проводить расчет количественных нормируемых светотехнических характеристик. Однако глаз человека воспринимает яркость, а не освещенность. Таким образом, качественные параметры освещения неразрывно связаны с пространственно-угловым распределением яркости, для вычисления которого необходимо решение уравнения глобального освещения. Исходя из инженерных задач проектирования осветительных установок, становится очевидна потребность наличия видонезависимого расчета сцен освещения — возможности визуального представления сцены с различных положений визирования (камеры).
Рассмотрен метод локальных оценок метода Монте–Карло, как один из эффективных методов решения уравнения глобального освещения. Представлен алгоритм видонезависимого моделирования на базе метода локальных оценок. Выполнено исследование различных алгоритмов решения задачи поиска пересечения разыгрываемых лучей источника света с исследуемой сценой освещения.
Литература
1. Будак В.П., Желтов В.С. Современное состояние и перспективы развития компьютерных методов моделирования осветительных установок // Светотехника. 2017. № 1. С. 18—23.
2. DIALux, Lighting, Smart Building [Офиц. сайт] www.dial.de (дата обращения 10.02.2020).
3. ReluxNet [Офиц. сайт] www.relux.biz (дата обращения 10.02.2020).
4. Ferree C., Rand G. The Efficiency of the Eye Under Different Conditions of Lighting // Trans. Illum. Eng. Soc. IES. 1915. V. 10. Pp. 407—447.
5. Jensen H.W. Global Illumination Using Photon Maps // Rendering Techn. Berlin: Springer-Verlag, 1996. Pp. 21—30
6. Будак В.П., Мешкова Т.В. DIALux 4.10 и DIALux EVO. Главные различия // Светотехника. 2013. № 3. С. 38—42.
7. Christensen N.J., Jensen H.W. A Practical Guide to Global Illumination and Photon Maps // Proc. Conf. Computer Graphics. 2000. V. 8. P. 77.
8. Коробко А.А. Математическая модель рассеяния материала оптической щели световода // Светотехника. 1983. № 11. С. 8—10.
9. Коробко А.А., Кущ О.К., Пятигорский В.М. Расчет профиля зеркального отражателя плоского световода // Светотехника. 1983. № 3. С. 5—7.
10. Chembaev V., Zheltov V., Budak V., Notfulin R. Relation of Instant Radiosity Method with Local Estimations of Monte Carlo Method // Proc. 24th Conf. Computer Graphics, Visualization and Computer Vision. 2016. Pp. 189—196.
11. Kajiya J.T. The Rendering Equation // Proc. Conf. Computer Graphics. 1986. V. 20. No. 4. Pp. 143—150.
12. Kalos M.H. On the Estimation of Flux at a Point by Monte Carlo // Nuclear Sci. and Eng. 1963. V. 16. No. 1. Pp. 111—117.
13. Марчук Г.И., Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. Новосибирск: Наука СО, 1976.
14. Goral C.M., Torrance K.E., Greenberg D.P. Modeling the Interaction of Light Between Diffuse Surfaces // Proc. Conf. Computer Graphics. 1984. V. 18. No. 3. Pp. 213—222.
15. Будак В.П., Желтов В.С., Калакуцкий Т.К. Локальные оценки метода Монте-Карло в решении уравнения глобального освещения с учетом спектрального представления объектов // Компьютерные исследования и моделирование. 2012. Т. 4. № 1. С. 75—84.
16. Marchuk G.I. Monte-Carlo Methods in Atmospheric Optics. Berlin: Springer-Verlag, 1980.
17. Zheltov V., Budak V. Local Monte Carlo Estimation Methods in the Solution of Global Illumination Equation // Proc. Conf. Computer Graphics, Visualization and Computer Vision. 2014. Pp. 25—30.
18. Autodesk [Офиц. сайт] www.autodesk.ru (дата обращения 10.02.2020).
19. Wald I., Woop S., Benthin C., Johnson G.S., Ernst M. Embree: a Kernel Framework for Efficient CPU Ray Tracing // ACM Trans. Graphics. 2014. V. 33. No. 4. Pp. 143—150.
20. Соболев В.В. Точечный источник света между параллельными плоскостями // ДАН СССР. 1944. Т. 42. № 4. С. 176—177.
21. Wald I., Benthin C., Wagner M., Slusallek P. Interactive Rendering with Coherent Ray Tracing // Proc. Eurographics. 2001. V. 20. No. 3. Pp. 153—164.
---
Для цитирования: Будак В.П., Желтов В.С., Мешкова Т.В., Чембаев В.Д. Видонезависимое моделирование осветительных установок локальными оценками метода Монте–Карло // Вестник МЭИ. 2021. № 1.
#
1. Budak V.P., Zheltov V.S. Sovremennoe Sostoyanie i Perspektivy Razvitiya Komp'yuternykh Metodov Modelirovaniya Osvetitel'nykh Ustanovok. Svetotekhnika. 2017;1:18—23. (in Russian).
2. DIALux, Lighting, Smart Building [Ofits. Sayt] www.dial.de (Data Obrashcheniya 10.02.2020).
3. ReluxNet [Ofits. Sayt] www.relux.biz (Data Obrashcheniya 10.02.2020).
4. Ferree C., Rand G. The Efficiency of the Eye Under Different Conditions of Lighting. Trans. Illum. Eng. Soc. IES. 1915;10:407—447.
5. Jensen H.W. Global Illumination Using Photon Maps. Rendering Techn. Berlin: Springer-Verlag, 1996:21—30
6. Budak V.P., Meshkova T.V. DIALux 4.10 i DIALux EVO. Glavnye Razlichiya. Svetotekhnika. 2013;3:38—42. (in Russian).
7. Christensen N.J., Jensen H.W. A Practical Guide to Global Illumination and Photon Maps. Proc. Conf. Computer Graphics. 2000;8:77.
8. Korobko A.A. Matematicheskaya Model' Rasseyaniya Materiala Opticheskoy Shcheli Svetovoda. Svetotekhnika. 198;11:8—10. (in Russian).
9. Korobko A.A., Kushch O.K., Pyatigorskiy V.M. Raschet Profilya Zerkal'nogo Otrazhatelya Ploskogo Svetovoda. Svetotekhnika. 1983;3:5—7. (in Russian).
10. Chembaev V., Zheltov V., Budak V., Notfulin R. Relation of Instant Radiosity Method with Local Estimations of Monte Carlo Method. Proc. 24th Conf. Computer Graphics, Visualization and Computer Vision. 2016:189—196.
11. Kajiya J.T. The Rendering Equation. Proc. Conf. Computer Graphics. 1986;20;4:143—150.
12. Kalos M.H. On the Estimation of Flux at a Point by Monte Carlo. Nuclear Sci. and Eng. 1963;16;1:111—117.
13. Marchuk G.I., Ermakov S.M., Mikhaĭlov G.A. Metod Monte-Karlo v Atmosfernoĭ Optike. Novosibirsk: Nauka SO, 1976. (in Russian).
14. Goral C.M., Torrance K.E., Greenberg D.P. Modeling the Interaction of Light Between Diffuse Surfaces. Proc. Conf. Computer Graphics. 1984;18;3:213—222.
15. Budak V.P., Zheltov V.S., Kalakutskiy T.K. Lokal'nye Otsenki Metoda Monte-Karlo v Reshenii Uravneniya Global'nogo Osveshcheniya s Uchetom Spektral'nogo Predstavleniya Ob′ektov. Komp'yuternye Issledovaniya i Modelirovanie. 2012;4;1:75—84. (in Russian).
16. Marchuk G.I. Monte-Carlo Methods in Atmospheric Optics. Berlin: Springer-Verlag, 1980.
17. Zheltov V., Budak V. Local Monte Carlo Estimation Methods in the Solution of Global Illumination Equation. Proc. Conf. Computer Graphics, Visualization and Computer Vision. 2014:25—30.
18. Autodesk [Ofits.Sayt] www.autodesk.ru (Data Obrashcheniya 10.02.2020). (in Russian).
19. Wald I., Woop S., Benthin C., Johnson G.S., Ernst M. Embree: a Kernel Framework for Efficient CPU Ray Tracing. ACM Trans. Graphics. 2014;33;4:143—150.
20. Sobolev V.V. Tochechnyy Istochnik Sveta Mezhdu Parallel'nymi Ploskostyami. DAN SSSR. 1944;42;4:176—177. (in Russian).
21. Wald I., Benthin C., Wagner M., Slusallek P. Interactive Rendering with Coherent Ray Tracing. Proc. Eurographics. 2001;20;3:153—164.
---
For citation: Budak V.P., Zheltov V.S., Meshkova T.V., Chembaev V.D. View-independent Modeling of Lighting Systems by Local Estimations of the Monte Carlo Method. Bulletin of MPEI. 2021;1:70—75. (in Russian).
2. DIALux, Lighting, Smart Building [Офиц. сайт] www.dial.de (дата обращения 10.02.2020).
3. ReluxNet [Офиц. сайт] www.relux.biz (дата обращения 10.02.2020).
4. Ferree C., Rand G. The Efficiency of the Eye Under Different Conditions of Lighting // Trans. Illum. Eng. Soc. IES. 1915. V. 10. Pp. 407—447.
5. Jensen H.W. Global Illumination Using Photon Maps // Rendering Techn. Berlin: Springer-Verlag, 1996. Pp. 21—30
6. Будак В.П., Мешкова Т.В. DIALux 4.10 и DIALux EVO. Главные различия // Светотехника. 2013. № 3. С. 38—42.
7. Christensen N.J., Jensen H.W. A Practical Guide to Global Illumination and Photon Maps // Proc. Conf. Computer Graphics. 2000. V. 8. P. 77.
8. Коробко А.А. Математическая модель рассеяния материала оптической щели световода // Светотехника. 1983. № 11. С. 8—10.
9. Коробко А.А., Кущ О.К., Пятигорский В.М. Расчет профиля зеркального отражателя плоского световода // Светотехника. 1983. № 3. С. 5—7.
10. Chembaev V., Zheltov V., Budak V., Notfulin R. Relation of Instant Radiosity Method with Local Estimations of Monte Carlo Method // Proc. 24th Conf. Computer Graphics, Visualization and Computer Vision. 2016. Pp. 189—196.
11. Kajiya J.T. The Rendering Equation // Proc. Conf. Computer Graphics. 1986. V. 20. No. 4. Pp. 143—150.
12. Kalos M.H. On the Estimation of Flux at a Point by Monte Carlo // Nuclear Sci. and Eng. 1963. V. 16. No. 1. Pp. 111—117.
13. Марчук Г.И., Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. Новосибирск: Наука СО, 1976.
14. Goral C.M., Torrance K.E., Greenberg D.P. Modeling the Interaction of Light Between Diffuse Surfaces // Proc. Conf. Computer Graphics. 1984. V. 18. No. 3. Pp. 213—222.
15. Будак В.П., Желтов В.С., Калакуцкий Т.К. Локальные оценки метода Монте-Карло в решении уравнения глобального освещения с учетом спектрального представления объектов // Компьютерные исследования и моделирование. 2012. Т. 4. № 1. С. 75—84.
16. Marchuk G.I. Monte-Carlo Methods in Atmospheric Optics. Berlin: Springer-Verlag, 1980.
17. Zheltov V., Budak V. Local Monte Carlo Estimation Methods in the Solution of Global Illumination Equation // Proc. Conf. Computer Graphics, Visualization and Computer Vision. 2014. Pp. 25—30.
18. Autodesk [Офиц. сайт] www.autodesk.ru (дата обращения 10.02.2020).
19. Wald I., Woop S., Benthin C., Johnson G.S., Ernst M. Embree: a Kernel Framework for Efficient CPU Ray Tracing // ACM Trans. Graphics. 2014. V. 33. No. 4. Pp. 143—150.
20. Соболев В.В. Точечный источник света между параллельными плоскостями // ДАН СССР. 1944. Т. 42. № 4. С. 176—177.
21. Wald I., Benthin C., Wagner M., Slusallek P. Interactive Rendering with Coherent Ray Tracing // Proc. Eurographics. 2001. V. 20. No. 3. Pp. 153—164.
---
Для цитирования: Будак В.П., Желтов В.С., Мешкова Т.В., Чембаев В.Д. Видонезависимое моделирование осветительных установок локальными оценками метода Монте–Карло // Вестник МЭИ. 2021. № 1.
#
1. Budak V.P., Zheltov V.S. Sovremennoe Sostoyanie i Perspektivy Razvitiya Komp'yuternykh Metodov Modelirovaniya Osvetitel'nykh Ustanovok. Svetotekhnika. 2017;1:18—23. (in Russian).
2. DIALux, Lighting, Smart Building [Ofits. Sayt] www.dial.de (Data Obrashcheniya 10.02.2020).
3. ReluxNet [Ofits. Sayt] www.relux.biz (Data Obrashcheniya 10.02.2020).
4. Ferree C., Rand G. The Efficiency of the Eye Under Different Conditions of Lighting. Trans. Illum. Eng. Soc. IES. 1915;10:407—447.
5. Jensen H.W. Global Illumination Using Photon Maps. Rendering Techn. Berlin: Springer-Verlag, 1996:21—30
6. Budak V.P., Meshkova T.V. DIALux 4.10 i DIALux EVO. Glavnye Razlichiya. Svetotekhnika. 2013;3:38—42. (in Russian).
7. Christensen N.J., Jensen H.W. A Practical Guide to Global Illumination and Photon Maps. Proc. Conf. Computer Graphics. 2000;8:77.
8. Korobko A.A. Matematicheskaya Model' Rasseyaniya Materiala Opticheskoy Shcheli Svetovoda. Svetotekhnika. 198;11:8—10. (in Russian).
9. Korobko A.A., Kushch O.K., Pyatigorskiy V.M. Raschet Profilya Zerkal'nogo Otrazhatelya Ploskogo Svetovoda. Svetotekhnika. 1983;3:5—7. (in Russian).
10. Chembaev V., Zheltov V., Budak V., Notfulin R. Relation of Instant Radiosity Method with Local Estimations of Monte Carlo Method. Proc. 24th Conf. Computer Graphics, Visualization and Computer Vision. 2016:189—196.
11. Kajiya J.T. The Rendering Equation. Proc. Conf. Computer Graphics. 1986;20;4:143—150.
12. Kalos M.H. On the Estimation of Flux at a Point by Monte Carlo. Nuclear Sci. and Eng. 1963;16;1:111—117.
13. Marchuk G.I., Ermakov S.M., Mikhaĭlov G.A. Metod Monte-Karlo v Atmosfernoĭ Optike. Novosibirsk: Nauka SO, 1976. (in Russian).
14. Goral C.M., Torrance K.E., Greenberg D.P. Modeling the Interaction of Light Between Diffuse Surfaces. Proc. Conf. Computer Graphics. 1984;18;3:213—222.
15. Budak V.P., Zheltov V.S., Kalakutskiy T.K. Lokal'nye Otsenki Metoda Monte-Karlo v Reshenii Uravneniya Global'nogo Osveshcheniya s Uchetom Spektral'nogo Predstavleniya Ob′ektov. Komp'yuternye Issledovaniya i Modelirovanie. 2012;4;1:75—84. (in Russian).
16. Marchuk G.I. Monte-Carlo Methods in Atmospheric Optics. Berlin: Springer-Verlag, 1980.
17. Zheltov V., Budak V. Local Monte Carlo Estimation Methods in the Solution of Global Illumination Equation. Proc. Conf. Computer Graphics, Visualization and Computer Vision. 2014:25—30.
18. Autodesk [Ofits.Sayt] www.autodesk.ru (Data Obrashcheniya 10.02.2020). (in Russian).
19. Wald I., Woop S., Benthin C., Johnson G.S., Ernst M. Embree: a Kernel Framework for Efficient CPU Ray Tracing. ACM Trans. Graphics. 2014;33;4:143—150.
20. Sobolev V.V. Tochechnyy Istochnik Sveta Mezhdu Parallel'nymi Ploskostyami. DAN SSSR. 1944;42;4:176—177. (in Russian).
21. Wald I., Benthin C., Wagner M., Slusallek P. Interactive Rendering with Coherent Ray Tracing. Proc. Eurographics. 2001;20;3:153—164.
---
For citation: Budak V.P., Zheltov V.S., Meshkova T.V., Chembaev V.D. View-independent Modeling of Lighting Systems by Local Estimations of the Monte Carlo Method. Bulletin of MPEI. 2021;1:70—75. (in Russian).
