Photon Mapping

Desarrollado por Jensen como una alternativa a las técnicas de trazado de rayos basadas enteramente en Monte Carlo (illumination maps y ray tracing). El fin era obtener las mismas ventajas pero con un método más eficiente que no sufriera complicaciones por el ruido.

Para ello parece correcto pensar que hay que usar el mismo algoritmo basado en el trazado de rayos y además hay que procurar un algoritmo eficiente de transporte de la luz en la escena ya que tanto las luces como el observador son parte primordial de la síntesis de imágenes. También queremos utilizar técnicas de Monte Carlo vistas anteriormente pero con la certidumbre de que la componente de radiación se mantiene suave a lo largo de grandes regiones para la mayoría de los modelos. Para estas regiones parece razonable pues, almacenar y reutilizar la información extraída sobre su iluminación. Y todo ello sin dividir las superficies en trozos finitos, queremos que nuestro modelo maneje cualquier tipo de objeto.
La primera idea para solucionar el problema es pues, la de desacoplar la representación de la iluminación de la geometría. Esto nos permite tanto manejar geometría arbitraria como modelos complejos.
La segunda idea es que la iluminación en la escena puede ser almacenada como puntos en una estructura de datos global (el mapa de fotones). Muchas alternativas a los puntos fueron consideradas pero todas fallaban en una de las tres condiciones: capacidad de representar cualquier tipo de iluminación, estar desacoplado frente a la geometría y ser compacto. Por eso los puntos son la manera más flexible posible de manejar superficies de cualquier tipo de BRDF. Estos puntos además de su posición almacenarán también información sobre la dirección de incidencia de la luz y otros factores que nos facilitarán los cálculos.
El mapa de fotones puede entenderse como una caché de caminos de luces en un trazado de caminos (path tracing) direccional y podría ser utilizado ciertamente para tal método. Pero también puede usarse en un método diferente de estimación de la iluminación basada en la estimación de densidad. Esta estimación de densidad tiene la ventaja que su error es de una frecuencia mucho más baja que el que se da en los tradicionales métodos de Monte Carlo. Además el método de estimación de densidad es mucho más rápido que un trazador puramente basado en Monte Carlo. Sin embargo pagamos el precio de utilizar una estimación de densidad y por tanto un método que no nos dará siempre un rendimiento correcto, y que siempre dependerá de que para que converja más a la solución correcta se deberán almacenar y utilizar cuantos más fotones mejor.

El método del mapeado de fotones es un método de dos pasos donde los pasos son:

1. Trazado Fotónico (Photon Tracing), construir el mapa de fotones trazando fotones desde las luces y a a través de la escena.
2. Radiación estimada (Radiance Estimate), estimar la radiación producida en un punto de la escena mediante estimación de densidad.

Así el mapa de fotones será construido usando 'Trazado fotónico' donde los fotones son emitidos desde las luces y almacenados al interactuar con las superficies del modelo. Una vez construido el mapa de fotones lo utilizaremos para calcular la luz radiada.