フォトンマッピング

フォトンマッピングは、コンピュータグラフィックスの世界で、よりリアルな光の表現を追求するために開発された大域照明アルゴリズムの一つです。この技術は、特に双方向グローバルイルミネーションの一種として知られており、光が物体とどのように相互作用するかを詳細にシミュレートすることに重点を置いています。開発者であるヘンリク・ワン・イェンセンは、レンダリング方程式の近似解法として、このフォトンマッピングを考案しました。

フォトンマッピングのプロセスは、大きく二つの段階に分けられます。第一段階では、光源から放出される光線（レイ）と、カメラ（視点）から発せられるレイが、それぞれ独立して追跡されます。この追跡は、事前に設定された臨界値に達するまで続けられます。この段階で重要なのは、光の経路を正確に把握することです。次に、第二段階では、第一段階で得られたレイの情報を基に、放射値（フォトンマップ）を生成し、これらを結合します。この結合処理によって、光と物体の相互作用がより現実的な形でシミュレートされるのです。

フォトンマッピングの最大の特長は、従来のレンダリング技術では難しかった現象を再現できる点にあります。例えば、ガラスや水のような透明な物体を光が透過する際の屈折現象や、拡散相互反射、表面下散乱など、光の複雑な挙動をシミュレートすることが可能です。さらに、煙や水蒸気のような微細粒子状の物質によって引き起こされる光学現象も、フォトンマッピングによってリアルに表現できます。特に、コースティクス（集光模様）の再現は、フォトンマッピングが優れている点の一つであり、古典的なレイトレーシングやラジオシティ法では難しかった表現を可能にしました。

ここで注意すべきは、フォトンマッピングにおける「フォトン」が、実際の光子（フォトン）を量子力学的にモデル化したものではないということです。フォトンマッピングで扱われる「フォトン」は、光線光学に基づいた光の離散化された表現です。つまり、光を粒子のように扱い、その動きをシミュレーションしているのです。この点を理解することで、フォトンマッピングが、どのようにして複雑な光の挙動を再現しているのかを、より深く理解することができます。

フォトンマッピングは、コンピュータグラフィックスの分野において、非常に重要な技術です。光の表現をリアルにすることで、映像の品質を大幅に向上させることができ、映画やゲームなどの分野で広く利用されています。また、建築や製品デザインなど、光の表現が重要となる様々な分野でも応用が進んでいます。

関連技術

グローバルイルミネーション
ラジオシティ
レイトレーシング
環境マッピング

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