Conceitos e terminologia fundamentais de renderização volumétrica

A literatura sobre renderização de materiais e efeitos volumétricos tende a usar muita terminologia da física matemática. Digamos que eu tenha um controle decente dos conceitos envolvidos na renderização de superfície. Quais conceitos eu preciso entender para renderização volumétrica? (Renderização em tempo real e offline.)

• O que exatamente se entende por espalhamento de luz no contexto da renderização volumétrica? (E por que é dividido entre dispersão e dispersão?)

• Qual é a relação entre transmissão, atenuação e absorção?

• O que é uma função de fase e como ela é reproduzida na renderização volumétrica? (Em particular, a função de fase de Henyey-Greenstein.)

• O que é a lei de Beer-Lambert e como está relacionada à dispersão da luz?

Basicamente, como faço para entender diagramas como esse?

Quando li pela primeira vez sobre tudo isso, deparei-me com este link que me ajudou a entender melhor esse grande assunto. Também isso entra em mais detalhes sobre as coisas mencionadas aqui.

A dispersão da luz é um fenômeno natural que surge quando a luz interage com partículas distribuídas em uma mídia à medida que viaja através dela. Da Wikipedia :

A dispersão da luz pode ser vista como a deflexão de um raio de um caminho reto, por exemplo, por irregularidades no meio de propagação, partículas ou na interface entre dois meios

Na computação gráfica, existem modelos que foram desenvolvidos para simular o efeito da luz atravessando objetos de volume de um ponto de entrada ( ponto A ) para um ponto de saída ( ponto B ). À medida que a luz viaja de A para B, ela é alterada devido às interações com as partículas e essas interações são frequentemente chamadas de Absorção , Dispersão Externa e Dispersão Externa . Muitas vezes você os verá divididos em dois grupos; Transmitância (absorção e dispersão externa), que eu gosto de considerar 'luz perdida' e ' In-Scattering ' ('luz obtida').

A absorção é basicamente a energia luminosa incidente que é transformada em outra forma de energia e, portanto, 'perdida'.

Transmitância

Transmitância descreve como luz reflectida por trás de um volume irá ser atenuada devido à absorção medida que se desloca através de um meio de uma de B . Isso geralmente é calculado com a lei de Beer-Lambert, que relaciona a atenuação da luz com as propriedades do material pelo qual ele está viajando.

À medida que a luz viaja através do meio, há uma chance de que os fótons sejam dispersos na direção do incidente e, portanto, não cheguem aos olhos do observador, e isso é chamado de dispersão externa. Na maioria dos modelos, a equação da transmitância é ligeiramente alterada para introduzir o conceito de dispersão externa.

Em Dispersão

Acima, vimos como a luz pode ser perdida devido à dispersão de fótons na direção da visualização. Ao mesmo tempo, a luz pode ser espalhada de volta na direção de visualização, enquanto ela está viajando de A para B, e isso é chamado de dispersão.

A dispersão de partículas em si é um tópico bastante complexo, mas basicamente você pode dividi-lo em dispersão isotrópica e anisotrópica. Modelagem anisotrópica dispersão iria levar uma quantidade considerável de tempo de modo geral em computação gráfica este é simplificada usando uma função de fase que descreve a quantidade de luz a partir da direção da luz incidente que está espalhado na direção de visualização enquanto viaja de A para B .

Uma função de fase não isotrópica comumente usada é chamada de função de fase de Henyey-Greenstein, que pode modelar a dispersão para trás e para frente. Geralmente, possui um único parâmetro, g ∈ [−1,1], que determina a força relativa da dispersão para frente e para trás.