ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2019 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 1,051
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,466
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 1,051
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,466
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,395
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 9403
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 295
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 369
Десятилетний индекс Хирша: 20
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2019 год: 291
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2019 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 7

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2018 гг. на сайте РИНЦ

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

2
Ожидается:
16 Июня 2021

В Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН рассмотрено улучшение трассировки лучей методом Монте-Карло, которое оптимизирует излучение лучей от источника естественного света для интерьерных сцен.

31.03.2021

Моделирование освещенности и расчет глобального освещения широко применяются в настоящее время в архитектуре, дизайне новых устройств и новых материалов. Предварительные расчеты освещения и построение реалистичного изображения виртуальной модели повышают эффективность проектирования зданий. С их помощью можно заранее определить и добиться наилучшего воплощения целого ряда факторов, например, эстетичности разрабатываемых архитектором интерьеров помещений и внешнего вида. Важным аспектом строительства любого здания является экономичность (энергосбережение) его системы освещения. На основе точных расчетов освещения помещений дневным светом архитектор получает возможность спроектировать его максимальное использование, варьируя положение и ориентацию здания относительно сторон горизонта и окружающих строений, расположение и размеры оконных проемов. При проектировании офисных помещений освещенности рабочих мест должны соответствовать стандартам, в которых указаны минимально допустимые величины освещенности, доля прямого света от источника в поле видимости человека и другие параметры. Использование предварительных расчетов в процессе проектирования возможно только при применении достаточно точных вычислительных методов.

Наиболее последовательным и физически точным методом, позволяющим учесть многие аспекты распространения света в различных средах и его взаимодействие с объектами, является стохастическая трассировка лучей. Трассировка лучей методом Монте-Карло (MCRT – Monte Carlo Ray Tracing) генерирует или преобразует лучи случайным образом с распределением вероятностей, определенным локально, то есть, например, в точке попадания луча в случае его рассеяния на поверхности или частицах, заданного с помощью двунаправленной функции распределения рассеяния (ДФР). Этот подход не является в конечном итоге оптимальным, например, ДФР может отправлять лучи в сторону от виртуального наблюдателя или камеры. Более того, в случае параллельного источника света возникает неоднозначность с точкой испускания луча: формально для параллельного света точка испускания луча должна выбираться равномерно в бесконечной области, что технически невозможно. Поэтому на практике точка испускания луча выбирается на проекции сцены на плоскость, ортогональную направлению луча, а излучение света определяется не только свойствами источника света, но и геометрией виртуальной сцены.

Если рассматривать построение реалистичного изображения внутренних интерьеров (например, офиса, построенное разработанной системой, то естественным продолжением такого подхода является дневное освещение через окна или открытые двери. В этом случае лучи, падающие на непрозрачные внешние стены, не усиливают внутреннее освещение, которое создается только лучами, проходящими через окна. Следовательно, необходимо выбирать источник луча в проекции окон на плоскость, перпендикулярную направлению освещения. Это основная идея оптимизации излучения света для интерьерных сцен. Однако должны быть правильно промоделированы и более сложные случаи: во-первых, когда источник дневного освещения задается не параллельным источником света, а небесной полусферой с распределением яркости; во-вторых, в случае с несколькими окнами, которые в проекции могут перекрываться.

При задании виртуальной сцены пользователю предоставляется возможность указать окна, открытые двери и люки. Затем распределение происхождения лучей маскируется 1 внутри или 0 вне их проекции. Однако такой подход может привести к ошибке, например, если в сцене дом окружен снегом, то есть сильно отражающей поверхностью. Солнечные лучи, отраженные снегом, значительно влияют на освещение интерьера, но они будут находиться вне проекции, так как свет излучается только к прозрачным окнам.

Эту ситуацию можно исправить, если сделать маску излучения более сложной, разрешив задавать ненулевые значения для некоторых непрозрачных областей, и, наоборот, давать значения меньше 1 для некоторых прозрачных областей, если они не открываются вовнутрь.

В результате получаем некоторую функцию плотности вероятности источника излучения (PDF – Probability density function). Эта функция не может быть просто постулирована, а должна быть рассчитана на основе результатов моделирования. В этом случае данный метод принадлежит к широкому классу алгоритмов нахождения и использования оптимальной PDF в стохастической трассировке лучей.

Подробное описание дается в статье «Оптимизация расчета освещения интерьерных сцен для стохастической трассировки лучей», авторы С.В. Ершов, И.В. Валиев, А.Г. Волобой (Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, г. Москва).