L’equazione di rendering è un aspetto della computer grafica che si occupa di come la luce si irradia e rimbalza sulle superfici, in modo che i grafici possano realizzare scene tridimensionali (3D) realistiche. Due fattori che i progettisti devono tenere in considerazione sono la luce diretta e indiretta, ovvero la luce proveniente da una sorgente e la luce che rimbalza sulle superfici. Uno dei principali media che utilizzano l’equazione di rendering è l’animazione 3D perché, senza luce, le scene e i personaggi apparirebbero piatti e scomodi. Anche i videogiochi usano questa equazione, ma ci sono sfide uniche perché i giochi devono essere visualizzati in tempo reale. Sebbene questa tecnica di rendering sia adatta per imitare la luce, a partire dal 2011, ci sono limitazioni che le impediscono di imitare perfettamente la luce nel mondo reale.
Questa equazione è un po’ complessa e include una serie di variabili.
È anche possibile scriverlo in diversi modi, ma a
numero di variabili dovrebbe essere sempre preso in considerazione. Nel
equazione, Lo è la luce in uscita;
x è un punto su una superficie, e
è la direzione.
Le viene emessa luce, e
Li è la luce in arrivo. Una versione
dell’equazione si presenta così:
Lo(x, ) = Le(x,
) + ∫Ωƒr(x,
, ω)Li(x,
)(—ω′ •
n) dω′
Ciò significa che la luce in uscita, con una direzione particolare
da un punto specifico, è uguale alla luce emessa da quel punto più
un integrale (∫Ω) della riflettanza bidirezionale
funzione di distribuzione, la luce in ingresso e l’attenuazione del
luce in arrivo, su tutte le direzioni (ω′) nell’emisfero
determinato dal n.
I progettisti devono considerare due tipi di luce quando utilizzano l’equazione di rendering. La luce diretta è qualsiasi luce che proviene direttamente da una fonte di luce, come una lampadina o il sole. I progettisti devono far irradiare la luce dalla sorgente alla giusta intensità per garantire che rimbalzi correttamente sulle superfici. La luce indiretta è la luce che non proviene direttamente dalla sorgente, come la luce che si curva attorno a una superficie. Ciò richiede ai progettisti di garantire che la luce dettagli accuratamente la trama di una superficie e che la luce e le ombre si mescolino senza errori.
Le animazioni 3D generate al computer utilizzano l’equazione di rendering per creare scene realistiche. Poiché le animazioni 3D sono realizzate per imitare la vita reale, sia stilisticamente che realisticamente, questa luce è necessaria per far sembrare le scene reali. Senza luce, le superfici e i personaggi perderebbero gran parte della loro profondità e molti spettatori potrebbero pensare che le scene siano imbarazzanti. Allo stesso tempo, le animazioni 3D realizzate per bambini molto piccoli o con budget ridotti possono utilizzare un’equazione della luce limitata che non è così realistica ma è più facile da usare per i designer.
I videogiochi usano spesso l’equazione di rendering, ma questo rappresenta una sfida per i progettisti. Con le animazioni 3D, i designer sono in grado di correggere la luce se sembra errata; un game designer deve programmare la luce in modo che funzioni e riproduca in tempo reale. Ciò richiede spesso un’equazione ridotta in grado di caricare rapidamente la luce.
Mentre l’equazione di rendering può creare una luce dall’aspetto realistico, ci sono limitazioni che le impediscono di copiare la vita reale. Nel mondo reale, la luce può reagire in modi molto difficili da programmare. Ad esempio, la luce può essere assorbita e respinta con lunghezze d’onda diverse, oppure può essere emessa in tempi successivi anziché immediatamente; entrambi questi sono molto difficili da programmare. Allo stesso tempo, poiché la maggior parte degli spettatori o dei giocatori è concentrata sull’azione dell’animazione o del gioco, è improbabile che la maggior parte degli spettatori noterà questi problemi.