# 1.1節 光輸送問題

コンピュータグラフィックスでは、光輸送のシミュレーションは、人工世界の説得力のある画像を作成するのに役立つツールです。表面の形状と散乱特性を含めて、環境について説明します。また、光源の説明と、画像を生成するための視点についても説明します。そして、光輸送アルゴリズムは、現実的で正確な画像を生成するために、この世界の物理学をシミュレートします。

## 1.1.1　なぜ光輸送は重要なのか

光輸送アルゴリズムの主な目的の1つは、現実的な仮想環境のモデリングにおける人間の効率を向上させることです。たとえば、コンピュータアニメーションでは、現実的な照明の設計に多大な努力が費やされています。主な問題は、制作作業に使用されるアルゴリズム（スキャンラインレンダリングやレイトレーシングなど）には、間接照明をシミュレートする機能がないことです。したがって、照明が配置されても間接照明は自動的には発生しません。代わりに、追加の照明を慎重に配置することで模倣する必要があります。ロバストな光輸送アルゴリズムを見つけることができれば、間接照明は自動的に計算されるため、照明作業がはるかに簡単になります。
光輸送のもう1つの重要な用途は、予測モデリングです。ここでは、構築前にオブジェクトの外観を予測したいと考えています。このアイデアには、アーキテクチャーと製品設計に明らかな用途があります。これらの用途のためには、結果が客観的に正確であり、かつ視覚的に満足できるものであることが重要である。
最後に、グラフィックスにおける光輸送のためのより優れた技術は、物理学および工学におけるより優れた方法を導き得る。なぜなら、光輸送は放射および粒子輸送問題に類似した構造を有するからである、1.6節では、これらの可能性について詳細に説明しています。
ロバストな光輸送アルゴリズムが見つかれば、それらが広く使用されることは避けられないようです。これは一般的にコンピュータソフトウェアの傾向を継続し、それによって特別な場合の効率のために設計されたものより単純で強力なアルゴリズムが結局好まれる。我々は正確な光輸送シミュレーションの恩恵が近いうちにそれらの適度な計算コストを上回ると感じる。

## 1.1.2　輸送モデルについての仮定

これは必ずしも必要ではないので、光輸送アルゴリズムは細部にわたって光の振る舞いをシミュレートするわけではありません。グラフィックスの観点から、物理光学はオプションのメニューとして考えられています。アプリケーションごとに、どの光学効果が重要かを判断し、それらをシミュレートできるアルゴリズムを選択します。
我々の研究では、我々は一般に幾何光学モデルを仮定している。光は表面でのみ放出、散乱、吸収され、これらの表面間を直線に沿って進みます。したがって、雲や煙などに関係する媒体、または連続的に変化する屈折率を持つ媒体（例：加熱された空気）は許可されません。我々はまた、それらの説明のために波または量子モデルに依存するほとんどの光の性質（例えば、回折または蛍光）を無視する。特に、光ビーム間の干渉の可能性、すなわち光は完全にインコヒーレントであると見なされることを無視する。
通常の環境では、無視した影響はそれほど重要ではありません。幾何光学は、周囲のほぼすべてのものを高い精度でモデル化するのに適しています。このため、グラフィックスにおけるほとんどすべての光輸送アルゴリズムは、上記と同様の前提に基づいています。この章の後の方で、私達は他の選択のいくつかを調査します（1.5,1.6節を見てください）。