ボリュームレンダリングの基本的な概念と用語

ボリュームマテリアルとエフェクトのレンダリングに関する文献では、多くの数学的物理学用語を使用する傾向があります。サーフェイスレンダリングに関連する概念を適切に扱っているとしましょう。ボリュームレンダリングについて理解する必要がある概念は何ですか？（リアルタイムレンダリングとオフラインレンダリングの両方。）

• ボリュームレンダリングのコンテキストで光散乱とは正確にはどういう意味ですか？（そして、それがなぜ内部散乱と外部散乱に分かれているのですか？）

• 透過、減衰、吸収の関係は何ですか？

• フェーズ関数とは何ですか？ボリュームレンダリングでどのように機能しますか？（特に、Henyey-Greenstein位相関数。）

• ビールランバートの法則とは何ですか？それは光散乱とどのように関連していますか？

基本的に、このような図からどのように理解できますか？

これらすべてについて最初に読んでいたとき、この大きな話題をよりよく理解するのに役立つこのリンクを見つけました。また、これは、ここで言及されていることについて、もう少し詳しく説明しています。

光の散乱は、光が媒体を通過する際に媒体に分布する粒子と相互作用するときに発生する自然現象です。ウィキペディアから：

光の散乱は、たとえば、伝播媒体、粒子、または2つの媒体間の境界面の不規則性による直線経路からの光線の偏向と考えることができます。

コンピュータグラフィックスには、入口点（ポイントA）から出口点（ポイントB）までボリュームオブジェクトを通過する光の効果をシミュレートするために開発されたモデルがあります。光はAからBに移動するときに、粒子との相互作用によって変化します。これらの相互作用は、多くの場合、吸収、アウト散乱、およびイン散乱と呼ばれます。多くの場合、これらは2つのグループに分かれています。透過率（吸収と外散乱）は、「光の損失」と内部散乱（「光の獲得」）として考えたいものです。

吸収は基本的に入射光エネルギーであり、他の何らかの形のエネルギーに変換され、したがって「失われます」。

透過率

透過率は、ボリュームの背後で反射された光が、媒体からAからBに移動するときに、吸収によって減衰する方法を表します。これは通常、光の減衰を通過する材料の特性に関連するビールランベールの法則で計算されます。

光が媒体を通過するとき、光子がその入射方向から離れて散乱し、観察者の目に届かない可能性があり、これはアウト散乱と呼ばれます。ほとんどのモデルでは、透過率の式がわずかに変更されて、外散乱の概念が導入されています。

散乱で

上記では、光子が視線方向から離れて散乱するために、どのように光が失われるかを見てきました。同時に、AからBに移動するときに、光が散乱して視線方向に戻ることがあります。これを散乱内散乱と呼びます。

パーティクルの散乱自体はかなり複雑なトピックですが、基本的には等方性散乱と異方性散乱に分割できます。異方性散乱のモデリングにはかなりの時間がかかるので、通常、コンピュータグラフィックスでは、AからBに移動するときに視線方向に散乱する入射光方向からの光の量を表す位相関数を使用することで、これが簡略化されます。

一般的に使用される非等方性位相関数の1つは、後方散乱と前方散乱をモデル化できるHenyey-Greenstein位相関数と呼ばれます。これには通常、前方散乱と後方散乱の相対的な強度を決定する単一のパラメーターg∈[−1,1]があります。