Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Mapeo de reflexión

Una textura ambiental aplicada a modelos de cucharas, para dar la ilusión de que reflejan el mundo que las rodea. En gráficos por computadora , el mapeo de reflexión o mapeo de ...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
Una textura ambiental aplicada a modelos de cucharas, para dar la ilusión de que reflejan el mundo que las rodea.

En gráficos por computadora , el mapeo de reflexión o mapeo de entorno [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] es una técnica de iluminación eficiente basada en imágenes para aproximar la apariencia de una superficie reflectante mediante una textura precalculada . La textura se utiliza para almacenar la imagen del entorno distante que rodea al objeto renderizado.

Se han empleado diversas formas de almacenar el entorno circundante. La primera técnica fue el mapeo esférico , en el que una sola textura contiene la imagen del entorno reflejada en un espejo esférico . Esta técnica ha sido prácticamente superada por el mapeo cúbico , en el que el entorno se proyecta sobre las seis caras de un cubo y se almacena como seis texturas cuadradas o se despliega en seis regiones cuadradas de una sola textura. Otras proyecciones con propiedades matemáticas o computacionales superiores incluyen el mapeo paraboloide , el mapeo piramidal , el mapeo octaédrico y el mapeo HEALPix .

El mapeo de reflexión es uno de los diversos enfoques para la renderización de reflexión , junto con, por ejemplo, las reflexiones en el espacio de la pantalla o el trazado de rayos , que calcula la reflexión exacta trazando un rayo de luz y siguiendo su trayectoria óptica . El color de la reflexión utilizado en el cálculo del sombreado en un píxel se determina calculando el vector de reflexión en el punto del objeto y asignándolo al texel en el mapa de entorno. Esta técnica suele producir resultados superficialmente similares a los generados por el trazado de rayos, pero es menos costosa computacionalmente, ya que el valor de radiancia de la reflexión proviene del cálculo de los ángulos de incidencia y reflexión, seguido de una búsqueda de textura, en lugar de trazar un rayo contra la geometría de la escena y calcular la radiancia del rayo, lo que simplifica la carga de trabajo de la GPU .

Sin embargo, en la mayoría de los casos, una reflexión mapeada es solo una aproximación de la reflexión real. El mapeo del entorno se basa en dos supuestos que rara vez se cumplen:

  1. Toda la radiación incidente sobre el objeto que se está sombreando proviene de una distancia infinita. Cuando esto no es así, el reflejo de la geometría cercana aparece en el lugar equivocado sobre el objeto reflejado. En este caso, no se observa paralaje en el reflejo.
  2. El objeto que se está sombreando es convexo , de modo que no contiene auto-interreflexiones. Cuando esto no ocurre, el objeto no aparece en el reflejo; solo aparece el entorno.

El mapeo del entorno suele ser el método más rápido para renderizar una superficie reflectante. Para aumentar aún más la velocidad de renderizado, el motor de renderizado puede calcular la posición del rayo reflejado en cada vértice. A continuación, esta posición se interpola a través de los polígonos a los que está unido el vértice. Esto elimina la necesidad de recalcular la dirección de reflexión de cada píxel.

Si se utiliza el mapeo de normales , cada polígono tiene múltiples normales de cara (la dirección hacia la que apunta un punto determinado del polígono), que pueden usarse junto con un mapa de entorno para producir un reflejo más realista. En este caso, el ángulo de reflexión en un punto determinado del polígono tendrá en cuenta el mapa de normales. Esta técnica se utiliza para dar textura a una superficie plana, como por ejemplo, metal corrugado o aluminio cepillado .

Tipos

Mapeo de esferas

El mapeo esférico representa la esfera de iluminación incidente como si se viera reflejada en una esfera reflectante a través de una cámara ortográfica . La imagen de textura se puede crear aproximando esta configuración ideal, utilizando una lente ojo de pez o pre-renderizando una escena con mapeo esférico.

El mapeo esférico presenta limitaciones que restan realismo a las representaciones resultantes. Debido a que los mapas esféricos se almacenan como proyecciones azimutales de los entornos que representan, se observa un punto de singularidad abrupto (un efecto de " agujero negro ") en el reflejo del objeto, donde los colores de los texeles en el borde o cerca del borde del mapa se distorsionan debido a una resolución insuficiente para representar los puntos con precisión. El mapeo esférico también desperdicia píxeles que se encuentran dentro del cuadrado pero no dentro de la esfera.

Los artefactos del mapeo esférico son tan graves que solo resulta efectivo para puntos de vista cercanos al de la cámara ortográfica virtual.

Mapeo cúbico

Diagrama que muestra un reflejo aparente generado por un mapa de reflexión cúbico. El mapa se proyecta sobre la superficie desde la perspectiva del observador. Los reflejos, que en el trazado de rayos se obtendrían trazando el rayo y determinando el ángulo con la normal, pueden simularse si se pintan manualmente en el campo de textura (o si ya aparecen allí, dependiendo de cómo se obtuvo el mapa de textura), desde donde se proyectarán sobre el objeto mapeado junto con el resto de los detalles de la textura.
Ejemplo de un modelo tridimensional que utiliza reflexión con mapeo cúbico.

El mapeo cúbico y otros mapeos poliédricos corrigen la grave distorsión de los mapas esféricos. Si los mapas cúbicos se crean y filtran correctamente, no presentan costuras visibles y pueden utilizarse independientemente del punto de vista de la cámara, a menudo virtual, que adquiere el mapa. Desde entonces, los mapas cúbicos y otros mapeos poliédricos han reemplazado a los mapas esféricos en la mayoría de las aplicaciones de gráficos por computadora, con la excepción de la adquisición de iluminación basada en imágenes . La iluminación basada en imágenes puede realizarse con mapas cúbicos corregidos de paralaje. [ 4 ]

Generalmente, el mapeo cúbico utiliza el mismo skybox que se emplea en las representaciones de exteriores. La reflexión mediante mapeo cúbico se realiza determinando el vector desde el que se observa el objeto. Este rayo de la cámara se refleja respecto a la normal de la superficie donde el vector de la cámara interseca el objeto. El resultado es un rayo reflejado que se introduce en el mapa cúbico para obtener el texel que proporciona el valor de radiancia utilizado en el cálculo de la iluminación. Esto crea el efecto de que el objeto es reflectante.

Mapeo HEALPix

El mapeo del entorno HEALPix es similar a otros mapeos de poliedros, pero puede ser jerárquico, lo que proporciona un marco unificado para generar poliedros que se aproximan mejor a la esfera. Esto permite una menor distorsión a costa de un mayor costo computacional. [ 5 ]

Historia

En 1974, Edwin Catmull creó un algoritmo para "renderizar imágenes de parches de superficie bivariados" [ 6 ] [ 7 ] que funcionaba directamente con su definición matemática. Bui-Tuong Phong investigó y documentó mejoras adicionales en 1975, y más tarde James Blinn y Martin Newell desarrollaron el mapeo de entornos en 1976; estos desarrollos, que refinaron los algoritmos originales de Catmull, los llevaron a concluir que "estas generalizaciones dan como resultado técnicas mejoradas para generar patrones y texturas". [ 6 ] [ 8 ] [ 9 ]

Gene Miller experimentó con el mapeo de entornos esféricos en 1982 en MAGI .

Wolfgang Heidrich introdujo el mapeo de paraboloides en 1998. [ 10 ]

Emil Praun introdujo el mapeo octaédrico en 2003. [ 11 ]

Mauro Steigleder introdujo el mapeo piramidal en 2005. [ 12 ]

Tien-Tsin Wong, et al. introdujeron el mapeo HEALPix existente para renderizado en 2006. [ 5 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Educación Superior | Pearson" (PDF) .
  2. ↑ "Directorio | Ciencias de la Computación e Ingeniería" (PDF) . web.cse.ohio-state.edu . Consultado el 18 de febrero de 2025 .
  3. ↑ "Mapeo de relieve y entorno" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 29/01/2012.
  4. ↑ "Enfoques de iluminación basados ​​en imágenes y mapa cúbico con corrección de paralaje" . 29 de septiembre de 2012.
  5. 1 2 Tien-Tsin Wong, Liang Wan, Chi-Sing Leung y Ping-Man Lam. Mapeo de entorno en tiempo real con mapa cuádruple esférico de ángulo sólido igual Archivado el 23/10/2007 en Wayback Machine , Shader X4: Iluminación y renderizado, Charles River Media, 2006.
  6. 1 2 Blinn, James F.; Newell, Martin E. (octubre de 1976). "Textura y reflexión en imágenes generadas por computadora" . Communications of the ACM . 19 (10): 542– 547. doi : 10.1145/360349.360353 . ISSN 0001-0782 . 
  7. ↑ Catmull, EA Visualización por computadora de superficies curvas. Actas de la Conferencia sobre Gráficos por Computadora, Reconocimiento de Patrones y Estructura de Datos, mayo de 1975, págs. 11-17 (IEEE Cat. No. 75CH0981-1C).
  8. ↑ "Gráficos por computadora" . Archivado del original el 24 de febrero de 2021. Consultado el 9 de enero de 2007 .
  9. ↑ "Historial de mapeo de reflexión" .
  10. ↑ Heidrich, W., y H.-P. Seidel. "Mapas de entorno independientes de la vista". Taller Eurographics sobre hardware gráfico 1998, págs. 39–45.
  11. ↑ Emil Praun y Hugues Hoppe. "Parametrización esférica y remallado". ACM Transactions on Graphics, 22(3):340–349, 2003.
  12. ↑ Mauro Steigleder. "Transporte de luz mediante lápiz". Tesis presentada a la Universidad de Waterloo, 2005.
  • La historia del mapeo por reflexión de Paul Debevec
  • Mapeo de entornos cúbicos en papel de NVIDIA
  • Aproximación de objetos reflectantes y transparentes con mapas ambientales
Lecturas relacionadas
6 articulos
Gráficos de computadoraGráficos de computadoraLos gráficos por computadora se ocupan de generar imágenes y arte con la ayuda de computadoras . Los gráficos por computadora son una tecnología fu...Iluminación basada en imágenesLa iluminación basada en imágenes ( IBL ) es una técnica de renderizado 3D que consiste en capturar una representación omnidireccional de la inform...Reflexión especularReflexión especular{\displaystyle \mathbf {\hat {d}} _{\mathrm {n} }} θ crit = arcsin ( n 2 n 1 ) . {\displaystyle \theta _{\text{crit}}=\arcsin \!\left({\frac {n_{2}...Mapeo de texturasMapeo de una textura bidimensional sobre un modelo 3D 1: Modelo 3D sin texturas 2: Mismo modelo con texturas El mapeo de texturas [1] [2] [3] es un...Imagen digitalImagen digitalUna imagen digital es una imagen compuesta de elementos de imagen , también conocidos como píxeles , cada uno con cantidades finitas y discretas de...{\displaystyle (x,y)}Mapeo de esferasEn gráficos por computadora , el mapeo esférico (o mapeo de entorno esférico ) es una parametrización de la radiancia direccional obtenida al proye...