Caustics پدیده‌ای است که بر اثر عبور یا بازتاب نور در سطوح   و یا موضوعات غیر مسطح ایجاد می شود. در این حالت نورهای بازتاب داده شده یا عبور کرده از سطح جسم در یک ناحیه مشخص به صورت همگرا یا واگرا، یک محدوده نورانی را بروی سطح دیگر موضوعات پدید می‌آورند که به آن Caustics میگویند.

این کلمه از یک کلمه یونانی به معنای سوزاندن گرفته شده است و در دیگر زبانها به معنای تند و سوزان ترجمه می شود. علت آن هم این است که اولین نامگذاری این پدیده از اثر تولید شده توسط ذره‌بین و نور خورشید بدست آمده است که منطقه نورانی تولید شده بشدت سوزان و گرم است.در گرافیک کامپیوتری نیز سالهاست که پدیده Caustics قابل استفاده و شبیه سازی بوده و جلوه طبیعی تری به تصاویر دیجیتال بخشیده است. کاربرانی که قصد دارند تصاویر رندرینگ طبیعی تری را خلق نمایند به این نکته توجه کنند که در بیشتر کارها، Caustics یکی از عناصر مهم در رندرینگ تصویر به شمار می آید.

اینکه در چه شرایطی می بایست Caustics را پردازش نماییم به نوع مدلهای سه بعدی، متریال و شرایط نوری صحنه بستگی دارد. سطح آب، اجسام شفاف با ضخامت های متنوع، مایعات درون ظرف، طلا و نقره و دیگر فلزات براق، سطوح ابکاری شده و سیقلی با سطحی غیر صاف و صدهها موضوع دیگر که هرکدام به گونه‌ای باعث ایجاد پدیده Caustics خواهند شد. به منظور رندرینگ کارآمد اثر این افکت، دو نکته بسیار مهم را باید از تعریف این موضوع مد نظر داشته باشیم. یکی اینکه همان‌طور که در تعریف Caustics مشاهده کردید، فقط عبور نور از سطوح شفاف نیست که باعث تولید Caustics می شود، بلکه بازتاب پرتوهای نور از سطوح براق منحنی نیز باعث بوجود آمدن این پدیده خواهد شد که معروف ترین آن‌ها زیور الات، فلزات کروی شکل تزیینی و … می باشد. هر چه سطح جسم دارای فرورفتگی و برامدگی منحنی شکل بیشتری باشد، پدیده Caustics با شدت بیشتری شکل میگیرد.

دومین نکته این است که Caustics نیاز به دو موضوع جداگانه دارد. یک موضوع که پدیده Caustics را تولید میکند و یک موضوع که اثر Caustics بروی آن نمایش داده می شود. پس اگر شما یک ظرف شیشه‌ای داشته باشد که دارای اثر Caustics باشد ولی سطحی وجود نداشته باشد که این اثر بروی آن رندر شود، نمیتوانید از افکت Caustics استفاده نمایید.محاسبات Caustics در رندرینگ سه بعدی بسیار وقت گیر و طولانی خواهد بود. از اینرو بسیاری از کاربران ترجیح میدهند که یا این افکت را ندر نکنند یا آن را در مراحل Post Production به صورت fake ایجاد نمایند. موتورهای رندرینگ نیز از الگوریتم های متنوعی برای این موضوع استفاده میکنند که میتوان از مهمترین آن‌ها Bi-Directional Ray tracing , Photon Mapping اشاره کرد که اصولاً در هر دو الگوریتم، رندرینگ این افکت به صورت لایه به لایه و مرحله‌ای انجام می شود.

زمانی که در مبحث رندرینگ صحبت از عبور نور از سطح جسم (Refraction) و بازتاب نور از سطح جسم (Reflection ) می شود، میدانیم که اساسی‌ترین پارامتر ما در این شرایط ضریب شکست نور یا IOR می باشد. آین ضریب هم در عبور نور و هم در بازتاب نور از سطح جسم تأثیر گذار خواهد بود. از این روست که در برخی از موتورهای رندرینگ مشاهده می‌شود که متریال های فلزی دارای پارامتر IOR می باشد. در این حالت Index Of Reflection بجای Index Of Refraction استفاده شده و بازتاب نور از سطح منحنی فلز با زاویه متفاوتی محاسبه خواهد شد.
موتورهای رندرینگ معروف همگی از پدیده Caustics پیشتیبانی کرده و به راحتی این اثر را رندر میکنند. در موتورهایی که از الگوریتم Photon Mapping برای پردازش Caustics استفاده میکنند، نتیجه نهایی بسیار واقع‌گرایانه تر بوده و رندرینگ نور در آن‌ها به صورت Physically accurate illumination (روشنایی فیزیکال صحیح ) خواهد بود. در نتیجه این دسته از موتورها کیفیت و دقت بالاتری در رندرینگ Caustics خواهند داشت.

در حال حاضر موتورهای CPU Based و GPU Based میتوانند Caustics را رندر نمایند. از این رو کمتر موتور رندرینگی را میتوانید پیدا کنید که اثر Caustics را نتواند به صورت فیزیکال رندر نمایند. هر چه الگوریتم های پردازش نور دقیقتر باشد، کیفیت اثر خروجی بهتر و زمان رندرینگ به طرز خارق‌العاده‌ای افزایش خواهد یافت.با توجه به اینکه این پدیده یک اثر کاملاً فیزیکی و بر اساس قوانین بازتاب نور می باشد، انتظار می‌رود که موتور Maxwell Render بهترین کیفیت رندر را در آن داشته باشد، که همینطور هم هست.

همانطور که میدانید موتور Maxwell Render یک موتور Full Physically Based Render است که جز معدود موتورهایی است که کاملاً قوانین بازتاب نور را رعایت و پردازش میکند. در دنیای موتورهای رندرینگ Maxwell یکی از بهترین و طبیعی ترین Caustics ها را رندر میکند.
نکته مهم در اینجاست که موتورهای رندرینگی که از الگوریتم Path Tracing استفاده میکنند نمیتوانند به درستی اثر Caustics را پردازش نمایند. در نتیجه می بایست از الگوریتم های Progressive Photon Mapping استفاده کنند تا بتوانند فتون ها نور را ردگیری کرده و اثر بازتابی و عبوری آن‌ها را بر سطح دیگر اجسام محاسبه نمایند. مشخصاً هر چه تعداد نمونه برداری ها بالاتر باشد، فتون های بیشتری ردگیری می‌شوند و کیفیت Caustics بالاتر و بهتر می شود.

در نتیجه یکی از پارامترهای اثر گذار در کیفیت Caustics در تمامی موتورهای رندرینگ پارامتر Samples می باشد.
باز هم با توجه به تعریف Caustics، متوجه می‌شویم که هرچه سطح جسم ما هموارتر (دارای سطوح منحنی و smooth ) باشد، پرتوهای بیشتری از نور بروی سطوح مجاور متمرکز می‌شوند و میتوان امیدوار بود که کیفیت و نوع تجمع پرتوهای نور بسیار زیبا و طبیعی باشد.
واضح است که برای پردازش و محاسبه این اثر می بایست از توابع Global Illumination استفاده نمایید. زیرا برای جمع آوری پرتوهای نور نیاز است تا روشنایی عمومی صحنه محاسبه شود و اثر هریک از پرتوها و فتون های نور مشخص گردد.

Arnold Render ، Vray , Mental Ray , Arion , Octane , Lux Render , Thea Render , RenderMan و دیگر موتورهای رندرینگ همگی قادر به رندر اثر Caustics می‌باشند و این کار را به زیبایی انجام میدهند. متأسفانه با توجه به اینکه پردازش این پدیده با چندین روش یکسان صورت میگیرد، رندرینگ Caustics در تمامی موتورهای رندرینگ به یکی از طولانی‌ترین محاسبات تبدیل شده و فعال کردن گزینه Caustics در رندرنیگ میتواند بسته به صحنه مورد نظر شما، زمان رندر را تا چندین برابر افزایش دهد. این در حالی است که اضافه کردن Caustics به صحنه هایی که تعداد موضوعات شفاف و یا براق با سطوح منحنی بسیار زیادی دارند، گاهی تا 5 برابر زمان رندرینگ را افزایش خواهد داد. در عوض نتیجه کار تا حد ممکن به واقعیت نزدیک خواهد بود.

در بسیاری از موتورهای رندرینگ مانند Vray محاسبات GI برای نورهای بازتابی (Reflection ) و نورهای عبوری از سطح جسم (Refraction ) قابل تفکیک و جداسازی است. از همین رو و با توجه به تعریف Caustics خواهیم دید که در این موتورها میتواند این پدیده را فقط برای نورهای عبوری مانند مایعات و… محاسبه کرد و هم برای نورهای بازتابی مانند فلزات و … . در نتیجه مدیریت کاملی بروی محاسبه این اثر خواهیم داشت.

در میان موتورهای رندرینگ، RenderMan همیشه جز موتورهای برتر و خوشنام بوده است. در این مورد نیز Pixar RenderMan با استفاده از الگوریتم Photon Mapping توانسته است یکی از بهترین حالات Caustics را رندر نماید. تیم تحقیق و توسعه شرکت پیکسار همیشه در خلق پدیده‌های رندرینگ نوآور بوده‌اند و امسال با معرفی دموی سیندرلای سه بعدی، یک پدیده را در مبحث رندرینگ سه بعدی معرفی نمودند.