رسم خرائط الانعكاس

في مجال رسومات الحاسوب ، تُعدّ تقنية رسم خرائط الانعكاس أو رسم خرائط البيئة ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} أسلوبًا فعالًا للإضاءة يعتمد على الصور، ويُستخدم لتقريب مظهر السطح العاكس باستخدام نسيج مُحسَب مسبقًا . يُستخدم هذا النسيج لتخزين صورة البيئة البعيدة المحيطة بالكائن المُصوَّر.

استُخدمت عدة طرق لتخزين البيئة المحيطة. كانت التقنية الأولى هي رسم الخرائط الكروية ، حيث تحتوي صورة واحدة على صورة البيئة المحيطة كما تنعكس على مرآة كروية . وقد تفوقت عليها تقريبًا تقنية رسم الخرائط المكعبية ، حيث تُسقط البيئة على أوجه مكعب الستة وتُخزن على شكل ستة مربعات أو تُفرد إلى ستة مربعات ضمن صورة واحدة. ومن بين تقنيات الإسقاط الأخرى التي تتمتع بخصائص رياضية أو حسابية متفوقة: رسم الخرائط القطعية المكافئة ، ورسم الخرائط الهرمية ، ورسم الخرائط الثمانية الأوجه ، ورسم خرائط HEALPix .

يُعدّ رسم خرائط الانعكاس أحد أساليب عرض الانعكاس ، إلى جانب أساليب أخرى مثل انعكاسات مساحة الشاشة أو تتبع الأشعة الذي يحسب الانعكاس بدقة عن طريق تتبع شعاع ضوئي ومتابعة مساره البصري . يُحدد لون الانعكاس المستخدم في حساب التظليل عند بكسل معين بحساب متجه الانعكاس عند تلك النقطة على الجسم ورسمه على البكسل في خريطة البيئة. غالبًا ما تُنتج هذه التقنية نتائج مشابهة ظاهريًا لتلك التي يُنتجها تتبع الأشعة، ولكنها أقل استهلاكًا للموارد الحاسوبية، حيث تُستمد قيمة إشعاع الانعكاس من حساب زوايا السقوط والانعكاس، متبوعةً بالبحث في نسيج معين، بدلًا من تتبع شعاع ضوئي على هندسة المشهد وحساب إشعاعه، مما يُبسط عبء العمل على وحدة معالجة الرسومات .

مع ذلك، في معظم الحالات، لا يمثل الانعكاس المُرسم سوى تقريب للانعكاس الحقيقي. ويعتمد رسم خرائط البيئة على فرضيتين نادراً ما تتحققان:

1. يأتي كل الإشعاع الساقط على الجسم المظلل من مسافة لا نهائية. وعندما لا يكون الأمر كذلك، يظهر انعكاس الأشكال الهندسية القريبة في غير موضعه على الجسم المنعكس. وفي هذه الحالة، لا يُلاحظ أي اختلاف في المنظور في الانعكاس.
2. الجسم المظلل محدب ، بحيث لا يحتوي على انعكاسات ذاتية. عندما لا يكون الأمر كذلك، لا يظهر الجسم في الانعكاس؛ بل يظهر محيطه فقط.

تُعدّ عملية رسم خرائط البيئة عمومًا أسرع طريقة لعرض سطح عاكس. ولزيادة سرعة العرض، يمكن للمُعالج حساب موضع الشعاع المنعكس عند كل رأس. ثم يُستكمل الموضع عبر المضلعات المتصلة بالرأس. وهذا يُغني عن إعادة حساب اتجاه انعكاس كل بكسل.

في حال استخدام رسم الخرائط العادية ، يمتلك كل مضلع العديد من المتجهات العمودية على سطحه (الاتجاه الذي تواجهه نقطة معينة على المضلع)، والتي يمكن استخدامها بالتزامن مع خريطة البيئة لإنتاج انعكاس أكثر واقعية. في هذه الحالة، ستأخذ زاوية الانعكاس عند نقطة معينة على المضلع خريطة المتجهات العادية في الاعتبار. تُستخدم هذه التقنية لجعل سطح مستوٍ يبدو ذا ملمس، مثل المعدن المموج أو الألومنيوم المصقول .

في عام 1974، ابتكر إدوين كاتمول خوارزميةً لـ"عرض صور رقع الأسطح ثنائية المتغيرات" ^{[ 6 ] [ 7 ]} ، والتي اعتمدت مباشرةً على تعريفها الرياضي. وفي عام 1975، أجرى بوي-تونغ فونغ مزيدًا من الأبحاث والتوثيق على هذه الخوارزمية ، ثم قام جيمس بلين ومارتن نيويل بتطويرها لاحقًا ، حيث طورا تقنية رسم خرائط البيئة في عام 1976. وقد أدت هذه التطورات، التي حسّنت خوارزميات كاتمول الأصلية، إلى استنتاجهم أن "هذه التعميمات تُسفر عن تقنيات محسّنة لتوليد الأنماط والنسيج". ^{[ 6 ] [ 8 ] [ 9 ]}

أجرى جين ميلر تجارب على رسم خرائط البيئة الكروية في عام 1982 في MAGI .

قدم فولفغانغ هايدريش رسم خرائط Paraboloid في عام 1998. ^{[ 10 ]}

قدم إميل براون رسم الخرائط الثمانية السطوح في عام 2003. ^{[ 11 ]}

قدم ماورو ستيغليدر رسم الخرائط الهرمية في عام 2005. ^{[ 12 ]}

قدم تيان تسين وونغ وآخرون خريطة HEALPix الحالية للعرض في عام 2006. ^{[ 5 ]}

• سكاي بوكس ​​(ألعاب الفيديو)

• قصة رسم خرائط الانعكاس بقلم بول ديبفيك
• ورقة بحثية لشركة NVIDIA بعنوان " رسم خرائط بيئة المكعب"
• تقريب الأجسام العاكسة والشفافة باستخدام الخرائط البيئية