Language
Country/Area
No result found
Шум Перлина: почему он делает компьютерную графику такой реалистичной?
Шум Перлина широко используется при создании компьютерных изображений с момента его введения Кеном Перлином в 1983 году. Будь то процедурная генерация рельефа, добавление псевдослучайных вариаций к переменным или помощь в создании текстур изображений, этот метод шумоподавления показал свою уникальную ценность. Так что же такое шум Перлина и почему он делает компьютерные изображения такими реалистичными?
Шум Перлина позволяет визуальным элементам, сгенерированным компьютером, таким как поверхности объектов, огонь, дым или туман, более естественно имитировать случайный вид текстур, встречающихся в природе.
История шума Перлина
Шум Перлина возник из-за недовольства Кена Перлина механическим видом изображений, созданных на компьютере, в начале 1980-х годов. Он официально описал эту технику в своей статье SIGGRAPH 1985 года «Синтезатор изображений». Развитие этой техники сопровождалось его работой над научно-фантастическим анимационным фильмом студии Disney «Трон» (1982).
Сообщается, что в 1997 году Перрен получил премию «Оскар» за технические достижения за создание алгоритма в знак признания его вклада в создание спецэффектов в кино и на телевидении. За этим достижением стоит вдохновение, которое шум Перлина приносит художникам компьютерной графики, использующим эту технику для лучшего воспроизведения сложности природных явлений.
Перлин не подавал никаких патентных заявок на свои алгоритмы, но в 2001 году ему был выдан патент на симплексный шум в 3D и более поздних измерениях — метод, также предназначенный для улучшения синтеза шума.
Применение шума Перлина
Как примитив процедурной текстуры, шум Перлина предоставляет художникам по визуальным эффектам инструменты для повышения реалистичности компьютерной графики. Хотя этот метод создает псевдослучайный вид, все визуальные детали остаются одинакового размера, что упрощает управление.
В компьютерной графике шум Перлина часто используется для компоновки текстур, особенно когда память крайне ограничена, например, в презентациях. Такие последующие технологии, как фрактальный шум и симплексный шум, стали стандартными компонентами графических процессоров.
Шум Перлина широко используется в видеоиграх для создания естественно выглядящей процедурно сгенерированной местности.
Подробности алгоритма
Реализации шума Перлина обычно состоят из трех этапов: определение сетки случайных векторов градиента, вычисление скалярного произведения между векторами градиента и их смещениями и интерполяция между этими значениями. Благодаря этой серии вычислений шум Перлина может создавать естественные эффекты в нескольких измерениях.
Определение сетки
Сначала определим n-мерную сетку, где каждое пересечение сетки имеет фиксированный случайный n-мерный вектор градиента единичной длины. Для одномерного случая эти градиенты представляют собой случайные скаляры между −1 и 1.
Расчет скалярного произведения
Когда необходимо вычислить значение точки-кандидата, сначала найдите уникальную ячейку сетки, к которой принадлежит точка, а затем определите 2n угловых точек ячейки и ее вектор градиента. Для каждой угловой точки вычисляется вектор смещения, который будет указывать от угловой точки к точке-кандидату. Далее для каждой угловой точки вычисляется скалярное произведение между ее вектором градиента и вектором смещения.
В двумерной сетке необходимо рассчитать четыре вектора смещения и четыре скалярных произведения, тогда как в трехмерной — восемь.
Расчет интерполяции
Последний шаг — интерполяция 2n скалярных произведений. Функция интерполяции, используемая на этом этапе, требует, чтобы первая производная (и даже вторая производная) была равна нулю в 2n узлах сетки. Это означает, что характерный вид шума Перлина возникает из-за его свойства проходить через ноль в каждом узле.
Будущие возможности
Сложность шума Перлина увеличивается с ростом размерности, но с углублением исследований постоянно появляются новые алгоритмы, такие как Simplex noise и OpenSimplex noise. Эти технологии предназначены для улучшения производительности и повышения естественности графики. В настоящее время продолжается множество исследований и инноваций в области будущих технологий генерации графики.
Итак, как шум Перлина будет продолжать влиять на эту область, поскольку в будущем мы столкнемся со все более реалистичными изображениями, созданными на компьютере?
