Jak skonstruować realistyczny efekt „widzenia w podczerwieni”?

Jak byś zajął się budowaniem realistycznego efektu widzenia w podczerwieni za pomocą shaderów? Przez realistyczne rozumiem taki, który wygląda realistycznie, jak ten przykład .

Mam pomysł na zrobienie tekstury, aby określić, ile ciepła emituje materiał, a następnie określić za pomocą iloczynu normalnego i wektora widoku, ile tego ciepła dociera do widza, ale nie jestem nawet pewien, czy w ten sposób widzenie termiczne nawet działa, więc chciałem sprawdzić, czy istnieje lepsze podejście, zanim zacznę wdrażać coś, co może być całkowicie błędne.

Jest IR, a potem IR. Zakres długości fal światła zwanych powszechnie „ podczerwienią ” rozciąga się od krawędzi ludzkiego zakresu widzenia (około 700 nm) do 1 mm = 1 000 000 nm.

Odpowiedź Filipa jest poprawna dla światła „bliskiej podczerwieni” (około 700 do 1400 nm), które jest w zasadzie tak samo jak normalne światło widzialne, z tym wyjątkiem, że jest niewidoczne dla nieuzbrojonego oka ludzkiego. Aby modelować widzenie w bliskiej podczerwieni, wystarczy zastąpić tekstury obiektu i kolory źródła światła alternatywnymi, które modelują ich odbicia i natężenia światła przy różnych długościach fal niż zwykle.

Jednak na podstawie sformułowania pytania i filmu, do którego się łączysz, wydajesz się bardziej zainteresowany zakresem „podczerwieni termicznej” (8 000 do 15 000 nm), który odpowiada szczytowi widma promieniowania cieplnego większości przedmiotów codziennego użytku , w tym ludzkie ciało. Promieniowanie to nadal zachowuje się pod wieloma względami jak „światło” i może być modelowane przy użyciu standardowych technik grafiki komputerowej (w przeciwieństwie do fal radiowych , w których długości fal stają się wystarczająco długie, aby standardowe założenia optyki zaczęły się załamywać), ale świat widziany w podczerwieni termicznej ma swoje cechy szczególne:

• Jak wspomniano powyżej, większość obiektów będzie świecić w podczerwieni termicznej. W przypadku światła widzialnego można ogólnie założyć, że istnieje tylko kilka rzeczywistych źródeł światła, a wszystko inne tylko odbija światło emitowane przez inne źródła. W przypadku termicznej podczerwieni, w zależności od wybranej wybranej długości fali, często dzieje się odwrotnie.

• I odwrotnie, większość powierzchni dość skutecznie absorbuje termiczną podczerwień. To z kolei rozgrzeje je, powodując, że sami ponownie będą emitować więcej podczerwieni. W efekcie wygląda to tak, jakby prawie każda powierzchnia była fosforyzująca .

• Widmo termiczne IR (tj. „Kolor”) emitowane przez większość powierzchni będzie zależeć głównie od ich temperatury. Wewnętrzna emisyjność materiału powierzchniowego ma również wpływ, ale względnie ograniczony.

Tak więc, w porównaniu do normalnego widzenia w świetle, modelowanie realistycznego termicznego widzenia w podczerwieni wymagałoby większego nacisku na globalne oświetlenie i dynamicznie zmieniające się wartości emisyjności. W zależności od ustawienia możesz tu nieco oszukać: na przykład w przypadku scen statycznych funkcje globalnego transferu termicznego promieniowania można wstępnie obliczyć raz i zapisać w statyczną mapę świetlną , tak jak w przypadku fałszywego globalnego oświetlenia widmo widzialne.

Jeśli chcesz symulować widok za pomocą kamery termograficznej w swojej grze, polecam przynajmniej następujące rzeczy:

• Rysuj i / lub oblicz specjalne tekstury emisyjności IR i / lub odbicia dla swoich obiektów. Zwróć szczególną uwagę na emisyjność ciepłych obiektów (takich jak ludzie lub maszyny), która powinna odpowiadać ich temperaturze powierzchni. Współczynnik odbicia jest stosunkowo mniej ważny.

• Prawdopodobnie będziesz chciał użyć tylko jednego kanału widmowego (tj. Narysuj wszystko w trybie monochromatycznym) odpowiadającego całkowitemu strumieniowi termicznemu IR. Możesz przetworzyć obraz ponownie, odwzorowując uzyskane wartości skali szarości na gradient fałszywego koloru, aby zasymulować tradycyjny podział gęstości używany dla obrazów termicznych.

• Rozważ wyraźne śledzenie temperatury twoich powierzchni, tak aby np. Miejsce na ziemi, na którym leżała osoba, pozostanie ciepłe (a więc świecące w podczerwieni) przez chwilę, nawet po tym, jak osoba się wyprowadzi. Istnieje kilka sposobów, aby sobie z tym poradzić (np. Śledzenie temperatury na wierzchołek, dodawanie kalkomanii dla przejściowych lokalnych zmian temperatury itp.) Z różnymi kompromisami między realizmem a kosztami obliczeniowymi. Prawdopodobnie nie ma potrzeby, aby to bardzo realistyczny, ale nawet mając efekt ten prezent w ogóle byłby miły akcent.

To, co zwykle widzisz ze świata, to wizualna część światła, która odbija się od przedmiotów. Zielony obiekt odbija tylko zielone światło, czerwony obiekt tylko czerwone światło, a niebieski obiekt tylko niebieskie światło. Podczerwień można uznać za czwarty kolor, którego twoje oczy nie dostrzegają. Kamera na podczerwień sprawia, że ​​światło podczerwone jest widzialne, postrzegając je za pomocą czujnika i przekształcając obraz w podczerwieni na długości fali, które można zobaczyć.

Podobnie jak niektóre materiały są mniej więcej jaskrawe na czerwono, zielono lub niebiesko, są one również różnie jasne na podczerwień. Jasność podczerwieni może, ale niekoniecznie musi odpowiadać jasności w świetle widzialnym.

Oto scena w widzialnym i IR. Zwróć uwagę, że liście drzew są znacznie jaśniejsze w podczerwieni niż pnie, ale jasność w podczerwieni różnych części fasady budynku jest podobna w świetle widzialnym i podczerwonym.

Możesz stworzyć dwie wersje wszystkich swoich tekstur: teksturę RGB dla światła widzialnego i alternatywną teksturę monochromatyczną dla podczerwieni. W trybie normalnym używasz tekstury RGB, aw trybie IR - tekstury IR.

Możesz również rozważyć użycie różnych źródeł światła w trybie IR. Słońce wytwarza tyle samo światła podczerwonego, co światło widzialne. Ale sztuczne źródła światła (takie jak lampy halogenowe lub diody elektroluminescencyjne) wytwarzają niewiele promieni podczerwonych lub prawie ich wcale, więc nie oświetlają niczego w podczerwieni. Z drugiej strony istnieją źródła światła, które są znacznie silniejsze w podczerwieni (takie jak otwarty ogień) lub widoczne tylko w podczerwieni (gorące obiekty, które nie są wystarczająco gorące, aby świecić na czerwono. Lub sztuczne źródła światła podczerwonego. Czy wiesz, że kiedy nosisz gogle na podczerwień, możesz użyć pilota telewizora jako latarki?). Ciekawym elementem rozgrywki mogą być różne warunki świetlne w świetle normalnym i IR.