コースティクス

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コップ1杯の水によって生成されるコースティクス

コースティクスまたはコースティクスネットワークは、曲面またはオブジェクトによって反射または屈折した光線集まり、またはそれを別の表面に投影したときにできる独特の模様。

ティーカップの底のコースティック
水面によって作られたコースティクス

光の濃度、特に日光は燃えます。 コースティック(caustik:苛性)という言葉は、実際には、ギリシャ語のκαυστός 、燃える、ラテンの苛性 、燃えることに由来しています。 コースティクスが表示される一般的な状況は、グラスに光が当たる場合です。 ガラスは影を落としますが、明るい光の湾曲した領域も生成します。 理想的な状況(無限遠の点光源からのように完全に平行な光線を含む)では、 ネフロイド型の光のパッチを生成できます。 [1] [2] 波状のコースティクスは、一般に、水面上の波を通して光が輝くときに形成されます。

コンピューターグラフィックス[編集]

ファイル:Wine glass caustic example.jpg
典型的なワイングラスの苛性の写真
ファイル:Computer rendering of a wine glass caustic.png
腐食性のワイングラスのコンピューターレンダリング

コンピュータグラフィックスでは、最新のレンダリングシステムのほとんどがコースティクスをサポートしています。 それらのいくつかは、容積測定コースティクスもサポートしています。 これは、光線の可能な経路を光線追跡し、屈折と反射を考慮して達成されます。 フォトンマッピングは、この実装の1つです。 ボリュームコースティクスは、 ボリュームパストレースによっても実現できます 。 一部のコンピューターグラフィックシステムは、「フォワードレイトレーシング」によって機能します。この場合、フォトンは、光源から来て、規則に従って周囲を跳ね返るようにモデル化されます。 コースティクスは、十分な光子がサーフェスに衝突する領域で形成され、シーンの平均領域よりも明るくなります。 「後方光線追跡」は、表面から始まり、光源への直接経路があるかどうかを判断する逆の方法で機能します。 [3] 3D光線追跡コースティクスのいくつかの例は、 ここにあります

ほとんどのコンピューターグラフィックスシステムの焦点は、 物理的精度よりも美学です。 これは、物理的に正しい計算ではなく、事前に計算された一般的なテクスチャが主に使用されるコンピューターゲーム[4]リアルタイムグラフィックに関しては特に当てはまります。

苛性エンジニアリング[編集]

苛性エンジニアリングは、 コンピュータグラフィックスの 逆問題を解決するプロセスを説明します。 特定の形状または画像が与えられた場合、屈折した光がこの画像を形成するような表面を見つけたいと思うでしょう。

この問題の離散バージョンでは、表面は滑らかであると想定されるいくつかの微小表面に分割されます。つまり、各微小表面で反射/屈折した光はガウス腐食性を形成します。 その後、 ポアソン積分といわゆるシミュレーテッドアニーリングの組み合わせを使用して、各マイクロ表面の位置と方向が取得されます。 [5]

継続的な問題については、それを解決するためのさまざまなアプローチがありました。 1つのアプローチでは、「最適な輸送」と呼ばれる輸送理論のアイデアを使用して[6] 、入射光線とターゲット表面間のマッピングを見つけます。 このようなマッピングを取得した後、 スネルの屈折の法則を使用して繰り返し適応させることにより、表面が最適化されます。 [7] [8]

  1. ^ Circle Catacaustic.
  2. ^ Levi (2018年4月2日). “Focusing on Nephroids”. SIAM News. 2018年6月1日閲覧。
  3. ^ Guardado, Juan (2004). “Chapter 2. Rendering Water Caustics”. In Fernando, Randima. GPU Gems: Programming Techniques, Tips and Tricks for Real-Time Graphics. Addison-Wesley. ISBN 978-0321228321. https://developer.nvidia.com/gpugems/GPUGems/gpugems_ch02.html. 
  4. ^ Caustics water texturing using Unity 3D”. Dual Heights Software. 2017年5月28日閲覧。
  5. ^ Marios Papas (April 2011). “Goal Based Caustics”. Computer Graphics Forum (Proc. Eurographics) 30 (2). 
  6. ^ Villani, Cedric (2009). Optimal Transport - Old and New. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-71049-3. 
  7. ^ Philip Ball (February 2013). “Light tamers”. New Scientist 217 (2902): 40–43. Bibcode2013NewSc.217...40B. doi:10.1016/S0262-4079(13)60310-3. 
  8. ^ Choreographing light: New algorithm controls light patterns called 'caustics', organizes them into coherent images
  • Ferraro, Pietro (1996). “What a caustic!”. The Physics Teacher 34 (9): 572–573. Bibcode1996PhTea..34..572F. doi:10.1119/1.2344572. 
  • Dachsbacher, Carsten; Liktor, Gábor (February 2011). “Real-time volume caustics with adaptive beam tracing”. Symposium on Interactive 3D Graphics and Games (ACM): 47–54.