Równanie renderowania jest aspektem grafiki komputerowej, który zajmuje się promieniowaniem światła i odbijaniem się od powierzchni, dzięki czemu graficy mogą tworzyć realistyczne sceny trójwymiarowe (3D). Dwa czynniki, które projektanci muszą wziąć pod uwagę, to bezpośrednie i pośrednie światło lub światło ze źródła i światło odbijające się od powierzchni. Jednym z głównych mediów wykorzystujących równanie renderowania jest animacja 3D, ponieważ bez światła sceny i postacie wyglądałyby płasko i niezręcznie. Gry wideo również używają tego równania, ale istnieją wyjątkowe wyzwania, ponieważ gry muszą renderować się w czasie rzeczywistym. Chociaż ta technika renderowania nadaje się do imitowania światła, od 2011 roku istnieją ograniczenia, które uniemożliwiają jej doskonałe imitowanie światła w rzeczywistym świecie.
To równanie jest nieco złożone i zawiera wiele zmiennych.
Można to również napisać na kilka różnych sposobów, ale a
zawsze należy brać pod uwagę liczbę zmiennych. w
równanie, Lo jest światłem wychodzącym;
x jest punktem na powierzchni, a
ω to kierunek.
Le jest emitowane światło i
Li nadchodzi światło. Jedna wersja
równania wygląda tak:
Lo(x, ω) = Le(x,
ω) + ∫Ωƒr(x,
, ω) Li(x,
)(—ω′ •
n)dω′
Oznacza to, że światło wychodzące o określonym kierunku
z określonego punktu, jest równe światłu emitowanemu z tego punktu plus
całka (∫Ω) reflektancji dwukierunkowej
funkcja dystrybucji, wchodzące światło i tłumienie
światło wpadające we wszystkich kierunkach (ω′) na półkuli
określony przez n.
Korzystając z równania renderowania, projektanci muszą wziąć pod uwagę dwa rodzaje światła. Światło bezpośrednie to każde światło, które pochodzi bezpośrednio ze źródła światła, takiego jak żarówka lub słońce. Projektanci muszą sprawić, by światło promieniowało ze źródła z odpowiednią intensywnością, aby zapewnić prawidłowe odbijanie się od powierzchni. Światło pośrednie to światło, które nie pochodzi bezpośrednio ze źródła, takie jak światło zakrzywiające się wokół powierzchni. Wymaga to od projektantów upewnienia się, że światło dokładnie oddaje teksturę powierzchni oraz że światło i cienie mieszają się bezbłędnie.
Animacje 3D generowane komputerowo wykorzystują równanie renderowania do tworzenia realistycznych scen. Ponieważ animacje 3D są tworzone tak, aby imitowały prawdziwe życie, zarówno stylistycznie, jak i realistycznie, to światło jest wymagane, aby sceny wyglądały realistycznie. Bez światła powierzchnie i postacie straciłyby wiele ze swojej głębi, a wielu widzów mogłoby pomyśleć, że sceny wyglądają niezręcznie. Jednocześnie animacje 3D przeznaczone dla bardzo małych dzieci lub osób z niewielkim budżetem mogą wykorzystywać ograniczone równanie światła, które nie jest tak realistyczne, ale łatwiejsze w użyciu dla projektantów.
Gry wideo często używają równania renderowania, ale to stanowi wyzwanie dla projektantów. Dzięki animacjom 3D projektanci są w stanie skorygować światło, jeśli wygląda ono niepoprawnie; projektant gry musi zaprogramować światło, aby działało i renderowało się w czasie rzeczywistym. Często wymaga to pomniejszonego równania, które może szybko załadować światło.
Chociaż równanie renderowania może stworzyć realistycznie wyglądające światło, istnieją ograniczenia, które uniemożliwiają mu kopiowanie prawdziwego życia. W prawdziwym świecie światło może reagować w bardzo trudny do zaprogramowania sposób. Na przykład światło może być absorbowane i odpychane przy różnych długościach fal lub może być emitowane w późniejszym czasie zamiast natychmiast; oba są bardzo trudne do zaprogramowania. Jednocześnie, ponieważ większość widzów lub graczy skupia się na akcji animacji lub gry, jest mało prawdopodobne, że większość widzów zauważy te problemy.