Photon Mapping
Photon Mapping ist ein von Henrik Wann Jensen 1995 veröffentlichter Algorithmus zur Bildsynthese, der vornehmlich als Erweiterung des Ray Tracing oder zur Beschleunigung des Path Tracing genutzt wird.
Das Ziel von Photon Mapping ist es, die globale Beleuchtung einer Szene effizient zu ermitteln und somit realistische Bilder bei geringerem Zeitaufwand zu erzeugen.
Bei Photon Mapping werden vor dem eigentlichen Rendervorgang so genannte „Photonen“, die eine bestimmte Energie (Strahlungsfluss) transportieren, von den Lichtquellen in die Szene „geschossen“ und an den Oberflächen, auf die sie treffen, reflektiert, gestreut, gebrochen oder gespeichert. Dabei wird eventuell die Energie des Photons verändert. Das Speichern des Photons erfolgt in einer sogenannten Photonenkarte (Photon Map), einer speziellen unabhängigen Datenstruktur (meist ein dreidimensionaler kd-Baum). Den gesamten Vorgang nennt man Photon Tracing. Es handelt sich dabei im Wesentlichen um eine Art Path Tracing von den Lichtquellen anstatt vom Beobachter aus.
Der verwendete Begriff „Photon“ stimmt nur insoweit mit dem physikalischen Begriff überein, als Strahlungsfluss transportiert wird. Es handelt sich beim Photon Mapping nicht um eine quantenphysikalisch korrekte Simulation der Lichtausbreitung.
Die so erstellte Photonenkarte kann auf verschiedene Art genutzt werden. Gebräuchlich ist das Verfahren, bei dem beim Rendering an jedem Punkt, an dem ein Strahl während des Ray Tracings auf eine Oberfläche trifft, die indirekte Beleuchtung durch die Dichte und Energie der Photonen in der Photonenkarte in der Nähe des jeweiligen Punktes ermittelt wird. Durch Addition der so ermittelten indirekten Beleuchtung und der durch Ray Tracing ermittelten direkten Beleuchtung läßt sich die globale Beleuchtung einer Szene ermitteln.
Der Unterschied zu anderen von der Lichtquelle aus arbeitenden Verfahren wie Forward Ray Tracing ist, daß die indirekte Beleuchtung nur einmal in einem Arbeitsgang ermittelt und von der Geometrie unabhängig gespeichert wird.
Für Photon Mapping gibt es weitere Anwendungen und Erweiterungen wie Importon Mapping und Volumenstreuung.
Literatur
- Henrik Wann Jensen, Realistic Image Synthesis Using Photon Mapping, AK Peters 2001, ISBN 15-688-1147-0.