- Код статьи
- 10.31857/S0132347424030067-1
- DOI
- 10.31857/S0132347424030067
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том / Номер выпуска 3
- Страницы
- 54-66
- Аннотация
- В статье исследуется возможность использования двойного представления геометрии для повышения скорости трассировки лучей и обеспечения устойчивости результатов моделирования распространения света в сложных оптических системах, содержащих поверхности свободной формы, заданные полиномами высокого порядка (до 34-го порядка) или полиномами Якоби. Был проведен анализ традиционных методов представления данной геометрии как в виде треугольной сетки, так и в виде аналитического выражения. Проведенный анализ продемонстрировал недостатки традиционных подходов, которые заключаются в недостаточной точности вычисления координат точки встречи луча с треугольной сеткой, а также в неустойчивости результатов поиска точки встречи касательных лучей с аналитической поверхностью при использовании существующих методов расчета. В результате было предложено использовать двойное представление геометрии в виде грубого приближения поверхности треугольной сеткой, которое в дальнейшем используется как начальное приближение для поиска точки встречи луча с поверхностью, заданной аналитическим выражением. Это решение позволило существенно ускорить сходимость аналитических методов и повысить устойчивость их решений. Использование библиотеки Intel® Embree для быстрого поиска точки встречи луча с грубой треугольной сеткой и векторной модели вычислений для уточнения координат точки пересечения луча с геометрией, представленной аналитическим образом, позволило разработать и реализовать алгоритм трассировки лучей в оптической системе, содержащей поверхности с двойным представлением геометрии. Эксперименты, проведенные с использованием разработанного и реализованного алгоритма, показывают значительное ускорение трассировки лучей при сохранении точности вычислений и высокой стабильности результатов. Результаты были продемонстрированы на примере расчета функции рассеивания точки и бликов для двух объективов с поверхностями свободной формы, заданными полиномами Якоби. Кроме того, для двух данных объективов был произведен расчет изображения, формируемого RGB-D-объектом, имитирующим реальную сцену.
- Ключевые слова
- трассировка лучей рендеринг треугольная сетка поверхности произвольной формы
- Дата публикации
- 17.09.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 15
Библиография
- 1. Forbes G.W. Shape specification for axially symmetric optical surfaces // Opt. Express. 2007. № 15. P. 5218–5226.
- 2. Forbes G.W. Robust, efficient computational methods for axially symmetric optical aspheres // Opt. Express. 2010. № 18. P. 19700–19712.
- 3. Thompson K.P., Fournier F., Rolland J.P., Forbes G.W. The Forbes Polynomial: A more predictable surface for fabricators // International Optical Design Conference and Optical Fabrication and Testing. OSA Technical Digest (CD) (Optica Publishing Group, 2010), paper OTuA6.
- 4. Feder D. Optical Calculations with Automatic Computing Machinery. J. Opt. Soc. Am. 1951. № 41. P. 630.
- 5. Allen W., Snyder J. Ray Tracing through Uncentered and Aspheric Surfaces // J. Opt. Soc. Am. 1952. № 42. P. 243.
- 6. Spencer M.G.H., Murty V.R.K. General Ray-Tracing Procedure // J. Opt. Soc. Am. 1962. № 52. P. 672–678.
- 7. Pharr M., Jakob W., Humphreys G. Physically Based Rendering: From Theory to Implementation. M.: Morgan Kaufmann, 2016. 1266 p.
- 8. Karhu K. Displacement Mapping. Tik-111.500 Seminar on computer graphics. Telecommunications Software and Multimedia Laboratory. Spring 2002: Rendering high-quality 3D graphics.
- 9. GitHub – embree/embree: Embree ray tracing kernels repository. https://github.com/embree/embree
- 10. Intel® oneAPI Threading Building Blocks. https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/tools/oneapi/onetbb.html
- 11. Волобой А.Г., Галактионов В.А., Жданов Д.Д. Технология оптических элементов в компьютерном моделировании оптико-электронных приборов // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2006. № 3. C. 46–56.
- 12. Integra® Lumicep. https://integra.jp/en/products/lumicept
