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-spekulare 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 Belechtung vorzuberechnen und einem Ray-Tracer vorzuschalten (siehe Beispiel auf Youtube), so dass dieser auch die indirekte Beleuchtung berücksichtigen kann. Photon-Mapping ist aber ein sog. biased Rendering Verfahren, weil es Photonen zwecks Konvergenz nicht in alle Himmelsrichtungen gleichmäßig verschiesst. Ohne einen direkten Vergleich mit z.B. Path-Tracing sind die Unterschiede aber in der Regel nicht ausmachbar.
Weitere Monte-Carlo Verfahren sind:
- Metropolis Light Transport
- Bidirectional Path Tracing (siehe hier)
- Volumetric Path Tracing
- Importance Sampling
- [Ambient Occlusion]