ヘミキューブ（コンピュータグラフィックス）

3D コンピュータ グラフィック ス レンダリングでは、ヘミキューブは空間内の表面または点からの 180 度のビューを表現する 1 つの方法です。

ヘミキューブは、コンピュータ グラフィックスで空間内の面または点からの 180 度のビューを表すために使用されるデータ構造です。これは、立方体をその面の 1 つに平行な平面に沿って半分に切断したもので、6 つの面があります。ヘミキューブの 6 つの面は、アスペクト比に応じてさまざまな形状に分割されます。正方形の面は 4 つの象限に分割され、ダイヤモンド形の面は 2 つの三角形に分割され、2 つの長方形はそれぞれ 4 つと 8 つの長方形に分割されます。

ヘミキューブは、3D シーンのグローバル イルミネーションを計算する方法であるラジオシティ レンダリングで使用されます。ラジオシティは、関係する表面の形状と材質特性を考慮して、ある表面から別の表面に反射される光の量を計算します。ヘミキューブは半球のラジオシティ情報を格納するために使用され、その後、シーン全体のラジオシティを計算するために使用できます。

ヘミキューブはラジオシティ情報を保存する比較的効率的な方法であり、複雑な照明配置のシーンをレンダリングするために使用できます。ただし、非常に明るい領域や非常に暗い領域があるシーンでは不正確になる可能性があります。

コンピュータ グラフィックスでヘミキューブを使用する利点は次のとおりです。

保存とレンダリングが比較的効率的です。複雑な照明配置のシーンをレンダリングするために使用できます。ほとんどのシーンで正確です。コンピュータ グラフィックスでヘミキューブを使用する場合の欠点は次のとおりです。

非常に明るい部分や非常に暗い部分があるシーンでは、不正確になる可能性があります。一部のレンダリング エンジンでは実装が難しい場合があります。全体として、ヘミキューブは、コンピューター グラフィックスで 180 度のビューを表すのに便利なデータ構造です。保存とレンダリングが効率的で、複雑な照明配置のシーンをレンダリングするために使用できます。ただし、非常に明るい部分や非常に暗い部分があるシーンでは、不正確になる可能性があります。

名前から立方体の半分がわかりますが、ヘミキューブは通常、立方体の 1 つの面と平行な平面で切断された立方体です。したがって、正方形の面 1 つ、ダイヤモンド形の面 1 つ、アスペクト比 2:1 の長方形 2 つ、アスペクト比 1:2 の長方形 2 つ、合計 6 辺で構成されます。

面をこのように配置する理由は、空間内の表面または点からの 180 度のビューをより効率的に表現できるようにするためです。正方形の面は直接ビューを表し、ダイヤモンド形の面は天頂からのビューを表し、2 つの長方形は x 軸と y 軸からのビューを表します。この面の配置により、すべての可能な方向が表現され、ラジオシティ アルゴリズムをより効率的に実装できるようになります。

ヘミキューブ データ構造は、1985 年に Cohen と Greenberg によって初めて導入されました。彼らはこのデータ構造を使用して、グローバル イルミネーションを使用した複雑なシーンのレンダリングに使用できるラジオシティ アルゴリズムを開発しました。それ以来、ヘミキューブは環境マッピングや反射マッピングなど、さまざまなアプリケーションで使用されています。

ヘミキューブ データ構造は比較的単純なデータ構造ですが、180° ビューを表現するのに非常に効率的です。ヘミキューブは、影や反射のあるシーンなど、照明の配置が複雑なシーンをレンダリングするために使用できます。ヘミキューブは、3D シーンのグローバル イルミネーションを計算するために使用されるラジオシティ アルゴリズムを実装するために使用できます。また、ヘミキューブは、環境マッピングや反射マッピングにも使用できます。

ヘミキューブは、表面上の特定の点に到達する光の量を決定するために、 ラジオシティアルゴリズムまたはその他の光転送アルゴリズムで使用できます。

ヘミキューブは、ラジオシティ アルゴリズムやその他の光転送アルゴリズムで、表面上の特定の点に到達する光の量を決定するために使用できます。ラジオシティ アルゴリズムは、3D シーンのグローバル イルミネーションを計算する方法です。グローバル イルミネーションは、シーンを通過する光の反射と屈折を考慮するプロセスです。光が単純に直線で移動するとは想定されないため、よりリアルな画像が得られます。

ヘミキューブはラジオシティ アルゴリズムで半球の視野係数を格納するために使用されます。視野係数は、ある表面から別の表面に反射される光の量の測定値です。ヘミキューブはセルのグリッドに分割され、各セルにはそのセルに対応する方向の視野係数が格納されます。

ラジオシティ アルゴリズムを実行すると、ヘミキューブを使用して、表面上の各ポイントに到達する光の量を計算します。アルゴリズムは表面上のポイントから開始し、すべての方向に光線をトレースします。ヘミキューブからのビュー係数は、光線が交差する各表面から反射される光の量を計算するために使用されます。

ラジオシティ アルゴリズムは計算コストの高いアルゴリズムですが、非常にリアルな画像を作成できます。ヘミキューブはラジオシティ アルゴリズムの重要な部分であり、これによりアルゴリズムは半球の視野係数を比較的効率的に保存できます。

ヘミキューブは、1985 年の論文「ヘミキューブ: 複雑な環境のためのラジオシティ ソリューション」で Michael F. Cohen と Donald P. Greenberg によって初めて提案されました。ヘミキューブは、プログレッシブ ラジオシティ アルゴリズムやモンテ カルロ ラジオシティ アルゴリズムなど、他の多くの光トランスポート アルゴリズムで使用されています。ヘミキューブは、環境マッピングや反射マッピングなどの他の目的にも使用できます。場合によっては、ヘミキューブは環境マッピングまたは反射マッピングで使用されることがあります。