Trazado de trayectorias volumétrico

El trazado de rayos volumétrico es un método para renderizar imágenes en gráficos por computadora , introducido por primera vez por Lafortune y Willems. ^{[ 1 ]} Este método mejora la representación de la iluminación en una escena al extender el método de trazado de rayos con el efecto de dispersión de la luz . Se utiliza para lograr efectos fotorrealistas de elementos como fuego, explosiones, humo, nubes, niebla o sombras suaves.

Al igual que en el método de trazado de rayos, se sigue un rayo hacia atrás, desde el ojo hasta alcanzar la fuente de luz. En el trazado de rayos volumétrico, pueden producirse eventos de dispersión junto con el trazado de rayos. Cuando un rayo de luz incide sobre una superficie, una cierta cantidad se dispersa en el medio. ^{[ 2 ]}

El algoritmo se basa en la ecuación de renderizado volumétrico, ^{[ 3 ]} que extiende la ecuación de renderizado con un término de dispersión. Está compuesto por una parte de absorción, una de dispersión hacia afuera, una de emisión y una de dispersión hacia adentro. La absorción y la dispersión hacia afuera juntas forman el término de extinción. La dispersión hacia adentro es la parte más costosa de calcular porque requiere una integración sobre todas las trayectorias en la escena que consisten en radiancia . Por lo tanto, se deben trazar miles de trayectorias para lograr un resultado con buena calidad y poco ruido. Para un mejor manejo, el término de dispersión hacia adentro se puede dividir en dos componentes: la dispersión simple y la dispersión múltiple. ^{[ 4 ]}

En el trazado de rayos volumétrico, se muestrea la distancia entre el rayo y la superficie y se compara con la distancia de la intersección más cercana del rayo con la superficie. Si la distancia muestreada es menor, se produce un evento de dispersión. En ese caso, la trayectoria se evalúa y se traza desde el punto de dispersión en el medio, no desde el punto de la superficie sobre el que incide. El resto del procedimiento continúa de la misma manera hasta alcanzar la fuente de luz. ^{[ 2 ] [ 5 ]}

Una posible forma de muestrear distancias es el método de marcha de rayos , que funciona de manera similar al trazado de rayos , pero opera sobre un campo de distancias de la escena y actúa en pasos discretos. La dispersión dentro del medio se puede determinar mediante una función de fase utilizando el muestreo de importancia . Por lo tanto, se puede aplicar la función de fase de Henyey-Greenstein ^{[ 6 ]} , una función de fase no isotrópica para simular la dispersión de materiales como océanos, nubes o piel ^{[ 4 ]} .

• Trazado de trayectorias volumétricas (marzo de 2012). Universidad de Cornell.
• Transporte volumétrico de luz (marzo de 2012). Universidad de Cornell.
• Renderizado volumétrico eficiente en CUDA Path Tracer (2013). Universidad del Sur de California.