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El Ray-tracing es una técnica de dibujo que calcula una imagen de una escena simulando la forma en la cual los rayos de luz viajan en el mundo real. Sin embargo, hace su trabajo de forma inversa. En el mundo real, los rayos de luz son emitidos desde una fuente de luz e iluminan a los objetos. La luz se refleja en los objetos o pasa a través de objetos transparentes. Estas luces reflejadas pasan a través de nuestros ojos, o tal vez la lente de la cámara. Ya que la mayoría de los rayos nunca pasarán por el observador, se haría eterno dibujar una escena de esta forma.
Los programas de Ray-tracing como POV-Ray, empiezan desde su cámara simulada y trazan los rayos de forma inversa hacia la escena. El usuario especifica la localización de la cámara, la fuente de luz y los objetos, así como también las propiedades de la superficie de los objetos, el interior (si es transparente) y cualquier medio atmosférico como bruma, neblina, o fuego.
Por cada píxel en la imagen final, se trazan uno o más rayos de vista, desde la cámara hacia la escena, para ver si atraviesan a cualquiera de los objetos. Estos "rayos de vista" provienen del espectador, representado por la cámara, y pasan a través de la ventana de vista (representando la imagen final).
Cada vez que se alcanza un objeto, se calcula el color de la superficie de ese punto. Para ello, los rayos se envían de vuelta a cada fuente de luz, con el fin de determinar la cantidad de luz que proviene de la fuente. Estos "rayos de sombra" son testeados para decidir si el punto de la superficie está en la sombra o no. Si la superficie es reflejante o transparente, se lanzan nuevos rayos para determinar la contribución de la luz reflejada y refractada al color final de la superficie.
Las características especiales como reflexión interdifusa (radiosidad), efectos atmosféricos y luces de área, hacen necesario que se disparen muchos más rayos en la escena por cada píxel.
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