Modellierung von Flächen- und Volumenstreuung in Raytracing Software

Eine Hauptanwendung von Monte Carlo Methoden in Raytracing Software ist die Simulation und Analyse von Streuung. Die Streuung wird durch die Variation der Strahlrichtung nach der Brechung bzw. Reflexion beschrieben mittels einer Bidirectional Scattering Distribution Function (BSDF). Im einfachsten Fall hängt die BSDF lediglich vom Streuwinkel ab. Wir haben diese einfache Näherung in mehrfacher Weise erweitert. Eine Erweiterung ermöglicht die Simulation von unterschiedlichen Streueffekten an Flächen. Beispielsweise kann mit einer BSDF, welche mit der Strahlhöhe auf der Fläche variiert, die durch Fabrikationseffekte bedingte lokale Variation der Flächenrauhigkeit simuliert werden. Eine andere Erweiterung erlaubt die Simulation von Volumenstreuung. Hier werden die Streueigenschaften des Materials durch zwei Funktionen beschrieben: Eine Streufunktion legt wie zuvor die Änderung der Strahlrichtung durch lokale Materialdefekte fest. Zusätzlich wird eine Funktion für die freie Weglänge benutzt, um die Dichte der lokalen Defekte im Volumen zu beschreiben. Die Anforderungen und Grenzen der Methoden werden gezeigt, und Beispiele typischer Anwendungen präsentiert.