天の川銀河レイトレーシング

Mitaka を参考にして、銀河系をレイトレーシングでリアルタイムボリュームレンダリングしてみた。どうやらやっと宇宙らしくなってきた。


 

リアルタイムとは言っても、レイトレーシングがそれほど高速にできるわけではないので、移動が激しいときは低解像度、背景に変化が感じられないほど低速では（といっても光速の何万倍以下という値だが）高解像度でレンダリングした背景を天球のテクスチャに貼り付けるという、プログレッシブな方式を取っている。

現状ではレイを飛ばして、３次元輝度配列を一定間隔ごとにサンプリングしたものを加算しているだけなので、厚さ方向から見ないと銀河が暗く見えてしまう。この方がリアルなのかもしれないが、輝く銀河系を外から俯瞰してみたいという気もする。バルジや暗黒星雲の表現もなんとなく不満だ。どうにせよレイトレーシングはソフトウェア処理なので、何とでもなるだろう。

これに付随して、視角内の光度ダイナミックレンジ補正も実験してみた。例えば、光度の絶対値が桁違いなので、昼間の地球上から銀河が見えたりはしない。だが、パソコンのディスプレイ・デバイスなんて表現できるダイナミックレンジは高が知れているので、銀河と太陽をどちらも表示しつつ輝度を差別化することは難しい。この関係を正しく表現するには、画面上の輝度レベルを見積もって、それに応じてカメラの”絞り”をコントロールしてやらなければならない。

ここでいう絞りはガンマ補正に近いが、ガンマ補正は輝度が最大値を持つことを前提とするのに対し、絞りの対象になる輝度には上限がない点が異なる。画面いっぱいに恒星を見ている時と、系外から銀河系を見ているときでは、何百万倍も輝度比は異なるだろう。

ただし、この機能を完全に実装するには、毎フレーム輝度レベルを評価することが必要になる。現在は地球上における太陽の輝度を考慮に入れているだけだが、本来は画面上に登場しうる全ての光源を輝度評価に入れなくてはならない。ほとんど２パスレンダリングになるのかもしれない。