. Trazado de Rayos

El método de trazado de rayos (propuesto por Whitted como mejora del método

de Ray Casting es una alternativa elegante y sencilla que permite calcular de una forma unificada la reflexión y la refracción de la luz, sombras, eliminación de superficies ocultas y otros efectos necesarios para conseguir escenas fotorrealistas. De este método surgieron aproximaciones más completas que resolvían de forma más exacta la ecuación de render, basándose en los mismos principios de trazado de los caminos que sigue la luz. Por esta razón, prestaremos especial atención a la descripción de este método.

La idea básica del trazado de rayos es seguir el camino de la luz desde las fuentes emisoras de fotones hasta que llegan a la posición del observador. La simulación del camino natural de la luz presenta el principal inconveniente de que la mayoría de los rayos nunca llegan al observador (o plano de imagen), lo que resulta computacionalmente prohibitivo. Este es el esquema de trazado de rayos hacia delante (forward RayTracing).

Para evitar trazar un número alto de rayos que no llegarán al plano imagen, y como solución sencilla a la discretización del espacio continuo en píxeles, se emplea el trazado de rayos hacia atrás (backward RayTracing), donde los rayos parten del plano imagen hasta alcanzar los objetos de la escena. La Figura 1 muestra un esquema general de los componentes básicos que forman un trazador de rayos hacia atrás.

Figura 01. Esquema de funcionamiento del RayTracing.

Una de las principales características del método de RayTracing es el cálculo recursivo de la contribución de la luz debido a la reflexión y refracción que se produce en ciertas superficies. Así, definimos cuatro tipos de rayos:

Rayos Primarios o Visuales (V): Son los rayos que parten de la cámara virtual, pasando por cada uno de los píxeles en el plano de imagen. Para cada elemento de la escena se comprueba si el rayo visual intersecta con alguno de

ellos, quedándonos con el punto de intersección más cercano de toda la lista de objetos.

Rayos de Sombra (S): Parten del punto de intersección con el objeto y tienen dirección hacia las fuentes de luz. De nuevo se realiza una prueba de intersección del rayo con todos los objetos de la escena para ver si hay algún objeto que corte su trayectoria, en cuyo caso el punto de origen del rayo estaría en sombra.

Rayos Reflejados (R): Si el objeto donde intersectó el rayo tiene propiedades de reflexión de tipo espejo, se generará un nuevo rayo reflejado en ese punto. Este rayo se construirá típicamente en un procedimiento recursivo, pasando a comportarse como un rayo primario en la siguiente iteración del algoritmo.

Rayo Transmitidos (T): En el caso de objetos en mayor o menor grado transparentes, y de forma análoga al tratamiento para los rayos reflejados, se generará un rayo transmitido. De igual forma, este nuevo rayo se comportará como un rayo primario en la siguiente iteración del algoritmo.