Monte-Carlo Verfahren (aka Photon- or Path-Tracing)
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Problem: Weder Ray-Tracing noch Radiosity lösen das allgemeine Problem der globalen Beleuchtung von Szenen mit spekularen Materialien. Nicht mal bei nur teil-spekularen Materialen wie z.B. Plastik.
Deshalb: Physikalische Simulation aller umherschwirrenden Photonen - das sog. Photon bzw. Path Tracing!
Das Path Tracing ist eine Methode aus dem Gebiet der sog. Monte-Carlo Verfahren, welche durch stochastisches Sampling die physikalischen Gegebenheiten simulieren.
Path Tracing = Kontinuierliches Aussenden einzelner Photonen auf zufälligen Lichtpfaden und Zählen der eintreffenden Photonen an einer bestimmten Beobachterposition.
Es können prinzipiell alle beliebigen Beleuchtungseffekte (sogar Kaustiken) simuliert werden, aber das Verfahren konvergiert sehr langsam, so dass erst nach sehr vielen verschossenen Photonen das anfängliche Bildrauschen verschwindet.
Path Tracing und Photon Mapping sind beides Monte-Carlo Verfahren. Path Tracing betrachtet jeweils nur diejenigen (uni-direktionalen) Pfade, die von der Kamera ausgehen (Einsatz z.B. bei Cycles), Photon Mapping betrachtet jeweils nur die Pfade, die von der Lichtquelle ausgehen.
Letzteres wird hauptsächlich verwendet um die indirekte Beleuchtung vorzuberechnen und einem Ray-Tracer vorzuschalten (siehe Beispiel auf Youtube), so dass dieser auch die indirekte Beleuchtung berücksichtigen kann.
Photon-Mapping ist ein sog. biased Rendering Verfahren, weil es Photonen zwecks verbesserter Konvergenz nicht in alle Himmelsrichtungen gleichmäßig verschiesst. Das Render-Ergebnis ist prinzipiell nicht verschieden, aber die Renderzeit bis zum Verschwinden des Rauschens kann deutlich reduziert sein.
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