El trazado de haces es un algoritmo para simular la propagación de ondas . Fue desarrollado en el contexto de gráficos por ordenador para renderizar escenas en 3D , pero también se ha utilizado en otras áreas similares, como simulaciones acústicas y de electromagnetismo .
El trazado de haces es un derivado del algoritmo de trazado de rayos que reemplaza los rayos, que no tienen espesor, por haces. Los haces tienen forma de pirámides ilimitadas, con secciones transversales poligonales (posiblemente complejas ) . El trazado de haces fue propuesto por primera vez por Paul Heckbert y Pat Hanrahan . [1]
En el trazado de rayos, inicialmente se proyecta un haz piramidal a través de todo el tronco de visualización . Este haz de visualización inicial se interseca con cada polígono del entorno, normalmente desde el más cercano al más lejano. Cada polígono que se interseca con el haz debe ser visible y se elimina de la forma del haz y se agrega a una cola de renderizado. Cuando un haz se interseca con un polígono reflectante o refractivo, se crea un nuevo haz de manera similar al trazado de rayos.
Una variante del trazado de haz proyecta un haz piramidal a través de cada píxel del plano de la imagen . Luego, este se divide en subhaces según su intersección con la geometría de la escena. Los rayos de reflexión y transmisión ( refracción ) también se reemplazan por haces. Este tipo de implementación rara vez se utiliza, ya que los procesos geométricos involucrados son mucho más complejos y, por lo tanto, más costosos que simplemente proyectar más rayos a través del píxel. El trazado de cono es una técnica similar que utiliza un cono en lugar de una pirámide compleja.
El trazado de rayos resuelve ciertos problemas relacionados con el muestreo y el aliasing , que pueden afectar a los enfoques de trazado de rayos convencionales. [2] Dado que el trazado de rayos calcula de manera efectiva la trayectoria de cada rayo posible dentro de cada haz [3] (que puede verse como un haz denso de rayos adyacentes), no es tan propenso al submuestreo (rayos faltantes) o al sobremuestreo (recursos computacionales desperdiciados). La complejidad computacional asociada con los rayos los ha hecho impopulares para muchas aplicaciones de visualización. En los últimos años, los algoritmos de Monte Carlo como el trazado de rayos distribuido y el transporte de luz Metropolis se han vuelto más populares para los cálculos de renderizado.
Una variante "hacia atrás" del trazado de haz proyecta haces desde la fuente de luz hacia el entorno. De manera similar al mapeo de fotones , el trazado de haz hacia atrás se puede utilizar para modelar de manera eficiente los efectos de iluminación, como las cáusticas . [4] Recientemente, la técnica de trazado de haz hacia atrás también se ha extendido para manejar interacciones de materiales brillantes a difusos (trazado de haz hacia atrás brillante), como las de superficies de metal pulidas. [5]
El rastreo de haces se ha aplicado con éxito en los campos del modelado acústico [6] y el modelado de propagación electromagnética [7] . En ambas aplicaciones, los haces se utilizan como una forma eficiente de rastrear reflexiones profundas desde una fuente hasta un receptor (o viceversa). Los haces pueden proporcionar una forma conveniente y compacta de representar la visibilidad. Una vez que se ha calculado un árbol de haces, se puede utilizar para tener en cuenta fácilmente los transmisores o receptores en movimiento.
El trazado de haz está relacionado conceptualmente con el trazado de cono .