कंप्यूटर ग्राफ़िक्स प्रकाश व्यवस्था

कंप्यूटर चित्रलेख लाइटिंग कंप्यूटर ग्राफिक्स दृश्यों में प्रकाश का अनुकरण करने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीकों का संग्रह है। जबकि प्रकाश तकनीकें उपलब्ध विवरण और कार्यक्षमता के स्तर में लचीलापन प्रदान करती हैं, वे कम्प्यूटेशनल मांग और कम्प्यूटेशनल जटिलता के विभिन्न स्तरों पर भी काम करती हैं। ग्राफ़िक्स कलाकार प्रत्येक एप्लिकेशन की आवश्यकताओं के अनुरूप विभिन्न प्रकार के प्रकाश स्रोतों, मॉडलों, छायांकन तकनीकों और प्रभावों में से चुन सकते हैं।

प्रकाश स्रोत
प्रकाश स्रोत ग्राफ़िक्स दृश्यों में प्रकाश लाने के विभिन्न तरीकों की अनुमति देते हैं।

बिंदु
बिंदु स्रोत एक ही बिंदु से सभी दिशाओं में प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, दूरी के साथ प्रकाश की तीव्रता कम होती जाती है। बिंदु स्रोत का एक उदाहरण एक स्टैंडअलोन प्रकाश बल्ब है।

दिशात्मक
एक दिशात्मक स्रोत (या दूर का स्रोत) एक दृश्य को एक दिशा से समान रूप से रोशन करता है। एक बिंदु स्रोत के विपरीत, एक दिशात्मक स्रोत द्वारा उत्पन्न प्रकाश की तीव्रता दृश्य के पैमाने पर दूरी के साथ नहीं बदलती है, क्योंकि दिशात्मक स्रोत के साथ ऐसा व्यवहार किया जाता है मानो वह बहुत दूर हो। दिशात्मक स्रोत का एक उदाहरण पृथ्वी पर सूर्य का प्रकाश है।

स्पॉटलाइट
एक स्पॉटलाइट प्रकाश का एक निर्देशित शंकु उत्पन्न करता है। जैसे-जैसे दर्शक स्पॉटलाइट स्रोत और प्रकाश शंकु के केंद्र के करीब आता है, प्रकाश अधिक तीव्र हो जाता है। स्पॉटलाइट का एक उदाहरण टॉर्च है।

क्षेत्रफल
एरिया लाइटें 3डी वस्तुएं हैं जो प्रकाश उत्सर्जित करती हैं। जबकि बिंदु रोशनी और स्पॉट रोशनी स्रोतों को बेहद छोटे बिंदु माना जाता है, क्षेत्र रोशनी को भौतिक आकार के रूप में माना जाता है। एरिया लाइट पॉइंट लाइट और स्पॉट लाइट की तुलना में नरम छाया और अधिक यथार्थवादी प्रकाश उत्पन्न करती है।

परिवेश
परिवेशीय प्रकाश स्रोत वस्तुओं को तब भी प्रकाशित करते हैं जब कोई अन्य प्रकाश स्रोत मौजूद न हो। परिवेशीय प्रकाश की तीव्रता दिशा, दूरी और अन्य वस्तुओं से स्वतंत्र है, जिसका अर्थ है कि प्रभाव पूरे दृश्य में पूरी तरह से समान है। यह स्रोत सुनिश्चित करता है कि वस्तुएँ पूर्ण अंधकार में भी दिखाई दें।

लाइटवार्प
लाइटवार्प एक ऐसी तकनीक है जिसमें ज्यामितीय दुनिया में एक वस्तु प्रकाश के इकाई वेक्टर  और तीव्रता (भौतिकी) के आधार पर प्रकाश को अपवर्तित करती है। फिर प्रकाश रंग स्पेक्ट्रम की एक सीमा के साथ परिवेशीय प्रसार शब्द का उपयोग करके तरंग फ़ंक्शन करता है। तब प्रकाश क्षेत्र की अधिक गहराई उत्पन्न करने के लिए परावर्तित रूप से बिखर सकता है, और अपवर्तित हो सकता है। इस तकनीक का उपयोग Style_(visual_arts)#Styleization उत्पन्न करने के लिए किया जाता है और इसका उपयोग वस्तुओं के अतिप्रदर्शन को सीमित करने के लिए किया जा सकता है। टीम के किले 2 जैसे गेम कार्टून सीएल छायांकित स्टाइल लुक बनाने के लिए रेंडरिंग तकनीक का उपयोग करते हैं।

प्रकाश अंतःक्रिया
कंप्यूटर ग्राफिक्स में, किसी वस्तु पर प्रकाश स्रोत का समग्र प्रभाव उस वस्तु के साथ उसकी अंतःक्रियाओं के संयोजन से निर्धारित होता है जिसे आमतौर पर कम से कम तीन मुख्य घटकों द्वारा वर्णित किया जाता है। तीन प्राथमिक प्रकाश घटक (और बाद के इंटरैक्शन प्रकार) फैलाना, परिवेश और स्पेक्युलर हैं।

फैलाना
विसरित प्रकाश (या विसरित परावर्तन) एक प्रकीर्णन | प्रकाश-प्रकीर्णन सतह के साथ परस्पर क्रिया करने वाले प्रकाश की एक समान मात्रा द्वारा किसी वस्तु की प्रत्यक्ष रोशनी है। प्रकाश किसी वस्तु से टकराने के बाद, यह वस्तु की सतह के गुणों के साथ-साथ आने वाले प्रकाश के कोण के कार्य के रूप में परावर्तन (कंप्यूटर ग्राफिक्स) है। यह इंटरैक्शन वस्तु की चमक में प्राथमिक योगदानकर्ता है और उसके रंग का आधार बनता है।

परिवेश
चूंकि परिवेशीय प्रकाश दिशाहीन है, यह सभी सतहों पर समान रूप से संपर्क करता है, इसकी तीव्रता परिवेशीय प्रकाश स्रोतों की ताकत और वस्तुओं की सतह सामग्री के गुणों, अर्थात् उनके परिवेश प्रतिबिंब गुणांक द्वारा निर्धारित होती है।

स्पेक्युलर
स्पेक्युलर हाइलाइट घटक वस्तुओं को चमक और हाइलाइट देता है। यह दर्पण प्रभावों से अलग है क्योंकि इन प्रतिबिंबों में पर्यावरण की अन्य वस्तुएं दिखाई नहीं देती हैं। इसके बजाय, स्पेक्युलर प्रकाश, स्पेक्युलर प्रकाश घटक की तीव्रता और सतह के स्पेक्युलर प्रतिबिंब गुणांक के आधार पर वस्तुओं पर चमकीले धब्बे बनाता है।

रोशनी मॉडल
प्रकाश मॉडल का उपयोग प्रतिपादन (कंप्यूटर ग्राफिक्स)  वातावरण में प्रकाश प्रभावों को दोहराने के लिए किया जाता है जहां प्रकाश की भौतिकी के आधार पर प्रकाश का अनुमान लगाया जाता है। प्रकाश मॉडल के बिना, प्राकृतिक दुनिया में होने वाले प्रकाश प्रभावों की नकल करने के लिए कंप्यूटर ग्राफिक्स के लिए व्यावहारिक की तुलना में अधिक प्रसंस्करण शक्ति की आवश्यकता होगी। इस प्रकाश, या रोशनी मॉडल का उद्देश्य प्रत्येक पिक्सेल के रंग या दृश्य में विभिन्न सतहों के लिए परावर्तित प्रकाश की मात्रा की गणना करना है। दो मुख्य रोशनी मॉडल हैं, वस्तु उन्मुख प्रकाश व्यवस्था और वैश्विक रोशनी। वे इस मायने में भिन्न हैं कि वस्तु उन्मुख प्रकाश प्रत्येक वस्तु पर व्यक्तिगत रूप से विचार करता है, जबकि वैश्विक रोशनी यह दर्शाती है कि प्रकाश वस्तुओं के बीच कैसे संपर्क करता है। वर्तमान में, शोधकर्ता अधिक सटीक रूप से यह दोहराने के लिए वैश्विक रोशनी तकनीक विकसित कर रहे हैं कि प्रकाश अपने पर्यावरण के साथ कैसे संपर्क करता है।

वस्तु उन्मुख प्रकाश व्यवस्था
ऑब्जेक्ट ओरिएंटेड लाइटिंग, जिसे स्थानीय रोशनी के रूप में भी जाना जाता है, को एक प्रकाश स्रोत को एक ऑब्जेक्ट में मैप करके परिभाषित किया जाता है। यह तकनीक गणना करने में तेज़ है, लेकिन अक्सर यह अधूरा अनुमान है कि वास्तविकता में दृश्य में प्रकाश कैसा व्यवहार करेगा। इसका अनुमान अक्सर किसी विशिष्ट वस्तु के स्पेक्युलर, डिफ्यूज़ और परिवेशी प्रकाश के संयोजन से लगाया जाता है। दो प्रमुख स्थानीय रोशनी मॉडल फोंग और ब्लिन-फोंग रोशनी मॉडल हैं।

फोंग रोशनी मॉडल
सबसे आम प्रतिबिंब मॉडल में से एक फोंग मॉडल है। फोंग मॉडल मानता है कि प्रत्येक पिक्सेल की तीव्रता फैलाना, स्पेक्युलर और परिवेश प्रकाश के कारण तीव्रता का योग है। यह मॉडल किसी वस्तु से परावर्तित प्रकाश के कोण का उपयोग करके स्पेक्युलर प्रकाश निर्धारित करने के लिए दर्शक के स्थान को ध्यान में रखता है। कोण के त्रिकोणमितीय कार्यों को लिया जाता है और डिजाइनर द्वारा तय की गई शक्ति तक बढ़ाया जाता है। इसके साथ, डिजाइनर यह तय कर सकते हैं कि वे किसी ऑब्जेक्ट पर कितना व्यापक हाइलाइट चाहते हैं; इस कारण से, शक्ति को चमक मान कहा जाता है। चमक का मान सतह के खुरदरेपन से निर्धारित होता है जहां एक दर्पण का मान अनंत होगा और सबसे खुरदरी सतह का मान एक हो सकता है। यह मॉडल दर्शक के दृष्टिकोण के आधार पर अधिक यथार्थवादी दिखने वाला सफेद हाइलाइट बनाता है।

ब्लिन-फोंग रोशनी मॉडल
ब्लिन-फोंग रोशनी मॉडल फोंग मॉडल के समान है क्योंकि यह किसी वस्तु पर उसकी चमक के आधार पर हाइलाइट बनाने के लिए स्पेक्युलर प्रकाश का उपयोग करता है। ब्लिन-फोंग, फोंग रोशनी मॉडल से भिन्न है, क्योंकि ब्लिन-फोंग मॉडल वस्तु की सतह पर सामान्य वेक्टर और प्रकाश स्रोत और दर्शक के बीच आधे रास्ते का उपयोग करता है। इस मॉडल का उपयोग सटीक स्पेक्युलर प्रकाश व्यवस्था और कम गणना समय के लिए किया जाता है। इस प्रक्रिया में कम समय लगता है क्योंकि परावर्तित प्रकाश वेक्टर की दिशा का पता लगाना आधे सामान्य (ज्यामिति) की गणना करने की तुलना में अधिक जटिल गणना है। हालांकि यह फोंग मॉडल के समान है, यह अलग-अलग दृश्य परिणाम उत्पन्न करता है, और एक समान स्पेक्युलर प्रतिबिंब उत्पन्न करने के लिए स्पेक्युलर प्रतिबिंब प्रतिपादक या चमक को संशोधन की आवश्यकता हो सकती है।

वैश्विक रोशनी
वैश्विक रोशनी स्थानीय रोशनी से भिन्न होती है क्योंकि यह प्रकाश की गणना करती है क्योंकि यह पूरे दृश्य में यात्रा करेगी। यह प्रकाश व्यवस्था भौतिकी और प्रकाशिकी पर अधिक आधारित है, जिसमें प्रकाश किरणें पूरे दृश्य में बिखरती हैं, परावर्तित होती हैं और अनिश्चित काल तक उछलती हैं। वैश्विक रोशनी पर अभी भी सक्रिय शोध किया जा रहा है क्योंकि इसके लिए स्थानीय रोशनी की तुलना में अधिक कम्प्यूटेशनल शक्ति की आवश्यकता होती है।

किरण अनुरेखण
प्रकाश स्रोत ऐसी किरणें उत्सर्जित करते हैं जो अवशोषण, परावर्तन या अपवर्तन के माध्यम से विभिन्न सतहों से संपर्क करती हैं। दृश्य के पर्यवेक्षक को कोई भी प्रकाश स्रोत दिखाई देगा जो उनकी आँखों तक पहुँचता है; एक किरण जो प्रेक्षक तक नहीं पहुँचती, उस पर किसी का ध्यान नहीं जाता। सभी प्रकाश स्रोतों से किरणें उत्सर्जित करके इसका अनुकरण करना संभव है और फिर गणना करें कि उनमें से प्रत्येक दृश्य में सभी वस्तुओं के साथ कैसे बातचीत करता है। हालाँकि, यह प्रक्रिया अप्रभावी है क्योंकि अधिकांश प्रकाश किरणें पर्यवेक्षक तक नहीं पहुँचेंगी और प्रसंस्करण समय बर्बाद कर देंगी। किरण अनुरेखण इस समस्या को प्रक्रिया को उलट कर हल करता है, इसके बजाय पर्यवेक्षक से दृश्य किरणें भेजता है और गणना करता है कि वे प्रकाश स्रोत तक पहुंचने तक कैसे बातचीत करते हैं। यद्यपि यह तरीका अधिक प्रभावी ढंग से प्रसंस्करण समय का उपयोग करता है और प्राकृतिक प्रकाश का बारीकी से अनुकरण करते हुए एक प्रकाश सिमुलेशन उत्पन्न करता है, दर्शकों की आंखों तक पहुंचने वाली प्रकाश की उच्च मात्रा के कारण किरण अनुरेखण में अभी भी उच्च गणना लागत होती है।

रेडियोसिटी
रेडियोसिटी आसपास की वस्तुओं और प्रकाश स्रोत द्वारा छोड़ी गई ऊर्जा को ध्यान में रखती है। किरण अनुरेखण के विपरीत, जो पर्यवेक्षक की स्थिति और अभिविन्यास पर निर्भर है, रेडियोसिटी प्रकाश दृश्य स्थिति से स्वतंत्र है। रेडियोसिटी के लिए किरण अनुरेखण की तुलना में अधिक कम्प्यूटेशनल शक्ति की आवश्यकता होती है, लेकिन स्थैतिक प्रकाश वाले दृश्यों के लिए यह अधिक उपयोगी हो सकता है क्योंकि इसकी गणना केवल एक बार करनी होगी। किसी दृश्य की सतहों को बड़ी संख्या में पैच में विभाजित किया जा सकता है; प्रत्येक पैच कुछ प्रकाश उत्सर्जित करता है और अन्य पैच को प्रभावित करता है, फिर प्रत्येक पैच की अंतिम रेडियोसिटी प्राप्त करने के लिए समीकरणों के एक बड़े सेट को एक साथ हल करने की आवश्यकता होती है।

फोटॉन मैपिंग
फोटॉन मैपिंग को दो-पास वैश्विक रोशनी एल्गोरिदम के रूप में बनाया गया था जो किरण अनुरेखण से अधिक कुशल है। यह चरणों की एक श्रृंखला के माध्यम से प्रकाश स्रोत से जारी फोटॉन को ट्रैक करने का मूल सिद्धांत है। पहले पास में प्रकाश स्रोत से निकलने वाले फोटॉन और अपनी पहली वस्तु से उछलना शामिल है; फिर फोटॉन कहां स्थित हैं, इसका नक्शा रिकॉर्ड किया जाता है। फोटॉन मानचित्र में प्रत्येक फोटॉन की स्थिति और दिशा दोनों होती है जो या तो उछलते हैं या अवशोषित होते हैं। दूसरा पास रेंडरिंग (कंप्यूटर ग्राफिक्स) के साथ होता है जहां विभिन्न सतहों के लिए प्रतिबिंबों की गणना की जाती है। इस प्रक्रिया में, फोटॉन मानचित्र को दृश्य की ज्यामिति से अलग कर दिया जाता है, जिसका अर्थ है कि प्रतिपादन की गणना अलग से की जा सकती है। यह एक उपयोगी तकनीक है क्योंकि यह कास्टिक का अनुकरण कर सकती है, और यदि दृश्य या वस्तुएं बदलती हैं तो पूर्व-प्रसंस्करण चरणों को दोहराने की आवश्यकता नहीं होती है।

बहुभुज छायांकन
पॉलीगोनल लकीर खींचने की क्रिया  रेखांकन प्रक्रिया का हिस्सा है जहां 3डी कंप्यूटर ग्राफिक्स मॉडल 2डी कंप्यूटर ग्राफिक्स पिक्सेल छवियों के रूप में तैयार किए जाते हैं। शेडिंग 3डी मॉडल की ज्यामितीय विशेषताओं के साथ मिलकर एक प्रकाश मॉडल लागू करता है, यह निर्धारित करने के लिए कि परिणामी छवि के प्रत्येक टुकड़े (कंप्यूटर ग्राफिक्स) (या पिक्सेल) पर प्रकाश को कैसे दर्शाया जाना चाहिए। 3डी मॉडल का बहुभुज जाल छायांकन प्रक्रिया के लिए आवश्यक ज्यामितीय मानों को संग्रहीत करता है। इस जानकारी में वर्टेक्स (ज्यामिति) स्थितीय मान और सामान्य (ज्यामिति) शामिल हैं, लेकिन इसमें वैकल्पिक डेटा भी शामिल हो सकता है, जैसे  बनावट का मानचित्रण  और उभार का मानचित्रण मैप।

फ्लैट शेडिंग
फ़्लैट शेडिंग एक साधारण शेडिंग मॉडल है जिसमें प्रति बहुभुज में प्रकाश और रंग का एक समान अनुप्रयोग होता है। संपूर्ण बहुभुज की छायांकन की गणना के लिए एक शीर्ष के रंग और सामान्य का उपयोग किया जाता है। फ़्लैट शेडिंग सस्ती है, क्योंकि प्रत्येक बहुभुज के लिए प्रकाश व्यवस्था की गणना प्रति रेंडर केवल एक बार करने की आवश्यकता होती है।

गौरौद छायांकन
गौरौद शेडिंग एक प्रकार की इंटरपोलेटेड शेडिंग है जहां प्रत्येक बहुभुज के अंदर के मान उसके शीर्ष मानों का मिश्रण होते हैं। प्रत्येक शीर्ष को अपना स्वयं का सामान्य दिया जाता है जिसमें आसपास के बहुभुजों की सतह के सामान्य का औसत शामिल होता है। फिर उस शीर्ष पर प्रकाश और छायांकन की गणना औसत सामान्य और पसंद के प्रकाश मॉडल का उपयोग करके की जाती है। यह प्रक्रिया 3डी मॉडल में सभी शीर्षों के लिए दोहराई जाती है। इसके बाद, शीर्षों के बीच के किनारों की छायांकन की गणना शीर्ष मानों के बीच प्रक्षेप  द्वारा की जाती है। अंत में, बहुभुज के अंदर की छायांकन की गणना आसपास के किनारे के मूल्यों के प्रक्षेप के रूप में की जाती है। गौरौद छायांकन 3डी मॉडल की सतह पर एक सहज प्रकाश प्रभाव उत्पन्न करता है।

पी मनाना मूर्ख डिंग
फोंग शेडिंग, गौरौद शेडिंग के समान, एक अन्य प्रकार की इंटरपोलेटिव शेडिंग है जो शीर्ष मानों के बीच बहुभुजों को छाया देने के लिए मिश्रित होती है। दोनों के बीच मुख्य अंतर यह है कि फोंग शेडिंग अपनी शेडिंग की गणना करने से पहले पूरे बहुभुज पर शीर्ष सामान्य मानों को प्रक्षेपित करती है। यह गौरौद छायांकन के विपरीत है जो पूरे बहुभुज पर पहले से ही छायांकित शीर्ष मानों को प्रक्षेपित करता है। एक बार जब फोंग शेडिंग ने बहुभुज के अंदर एक टुकड़े (पिक्सेल) के सामान्य की गणना कर ली है, तो वह उस टुकड़े को शेड करते हुए एक प्रकाश मॉडल लागू कर सकता है। यह प्रक्रिया तब तक दोहराई जाती है जब तक कि 3डी मॉडल का प्रत्येक बहुभुज छायांकित न हो जाए।

कास्टिक
कास्टिक (प्रकाशिकी) घुमावदार इंटरफेस वाले माध्यम में परावर्तित और अपवर्तित प्रकाश का एक प्रभाव है या एक घुमावदार सतह से परावर्तित होता है। वे संकेंद्रित प्रकाश के रिबन के रूप में दिखाई देते हैं और अक्सर पानी या कांच के पिंडों को देखते समय देखे जाते हैं। प्रभावित वस्तुओं के बनावट मानचित्र के साथ कास्टिक बनावट मानचित्रण को मिश्रित करके कास्टिक को 3डी ग्राफिक्स में लागू किया जा सकता है। कास्टिक बनावट या तो एक स्थिर छवि हो सकती है जो कास्टिक के प्रभावों की नकल करने के लिए एनिमेटेड है, या एक वास्तविक समय कंप्यूटिंग | एक खाली छवि पर कास्टिक की वास्तविक समय गणना। उत्तरार्द्ध अधिक जटिल है और 3डी रेंडर के वातावरण में घूमने वाले फोटॉन का अनुकरण करने के लिए बैकवर्ड रे ट्रेसिंग (ग्राफिक्स) की आवश्यकता होती है। फोटॉन मैपिंग रोशनी मॉडल में, कास्टिक के कारण प्रकाश की तीव्रता की गणना करने के लिए  मोंटे कार्लो नमूनाकरण  का उपयोग किरण अनुरेखण के साथ किया जाता है।

प्रतिबिंब मानचित्रण
परावर्तन मानचित्रण (पर्यावरण मानचित्रण के रूप में भी जाना जाता है) एक ऐसी तकनीक है जो किरण अनुरेखण का उपयोग किए बिना परावर्तन का प्रभाव पैदा करने के लिए 2डी पर्यावरण मानचित्रों का उपयोग करती है। चूंकि परावर्तक वस्तुओं की उपस्थिति दर्शकों, वस्तुओं और आसपास के वातावरण की सापेक्ष स्थिति पर निर्भर करती है, इसलिए ग्राफिक्स एल्गोरिदम इन तत्वों के आधार पर वस्तुओं को रंगने का तरीका निर्धारित करने के लिए प्रतिबिंब वैक्टर का उत्पादन करते हैं। पूरी तरह से प्रस्तुत करने के बजाय 2डी पर्यावरण मानचित्रों का उपयोग करते हुए, परिवेश का प्रतिनिधित्व करने के लिए 3डी वस्तुओं का उपयोग करके, सरल, कम्प्यूटेशनल रूप से सस्ते एल्गोरिदम का उपयोग करके वस्तुओं पर प्रतिबिंब निर्धारित किए जा सकते हैं।

कण प्रणाली
कण प्रणालियाँ अराजक, उच्च-जटिलता वाली घटनाओं, जैसे आग, हिलते तरल पदार्थ, विस्फोट और हिलते बालों को मॉडल करने के लिए छोटे कणों के संग्रह का उपयोग करती हैं। जटिल एनीमेशन बनाने वाले कण एक उत्सर्जक द्वारा वितरित किए जाते हैं, जो प्रत्येक कण को ​​उसके गुण, जैसे गति, जीवन काल और रंग देता है। समय के साथ, ये कण प्रभाव के आधार पर गति कर सकते हैं, रंग बदल सकते हैं, या अन्य गुण बदल सकते हैं। आमतौर पर, कण प्रणालियां प्रभाव को यथार्थवादी और गैर-समान बनाने के लिए यादृच्छिकता को शामिल करती हैं, जैसे कि प्रारंभिक गुणों में उत्सर्जक प्रत्येक कण को ​​देता है।

यह भी देखें

 * प्रति-पिक्सेल प्रकाश व्यवस्था
 * कंप्यूटर चित्रलेख