Ray-Tracing. Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores Computação Gráfica. Edward Angel, Cap. 13 Apontamentos CG

Transcrição

1 Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores Computação Gráfica Ray-Tracing Edward Angel, Cap. 13 Apontamentos CG

2 Questões Teste O método de "bump mapping" estudado nas aulas teóricas usa: A: Texturas em ficheiros especiais BUMP B: Interpolação trilinear das componentes RGB em cada pixel C: Perturbação das coordenadas Z em cada pixel D: Perturbação das normais em cada pixel E: Nenhuma das abordagens acima

3 Questões Teste Os mipmaps permitem A: utilizar uma textura em várias escalas. B: interpolação das componentes da textura. C: efectuar point sampling. D: aumentar o efeito de aliasing. E: Nenhuma das opções anteriores

4 Nas últimas aulas...

5 Na última aula...

6 LEIC CG Visibilidade: Remoção de Superfícies Ocultas Algoritmo de Ray-Casting

7 Ray Casting Para(cada pixel) Criar raio do ponto de vista Para (cada objecto na cena) Encontrar Intersecção com o raio Manter se mais próximo

8 Sombreamento com Ray Casting Para(cada pixel) Criar raio do ponto de vista Para (cada objecto na cena) Encontrar Intersecção com o raio Manter se mais próximo Sombrear de acordo com luz e normal

9 LEIC CG Pipeline de Visualização 3D

10 Beyond Pipeline Rendering De acordo com o leccionado até agora Sendo dados cena, câmara e fontes de luz Pode-se produzir vista da cena em tempo real Usando o pipeline de visualização 3D Clássico (já leccionado) ou variantes No entanto Estas abordagens têm diversas limitações

11 Beyond Pipeline Rendering Limitações da abordagem Pipeline Nem todas as situações de iluminação global podem ser aproximadas Reflexões e refracções não são representadas Ou usam-se subterfúgios para o efeito Se a representação em tempo real não for requisito Podem-se usar (e combinar) outras abordagens Baseadas em modelos físicos Exemplos: Ray-tracing Radiosidade

12 LEIC CG Ray-Tracing

13 Ray-Tracing Opera ao nível da precisão da imagem Tem em conta efeitos ópticos Refracção Reflexão Síntese de cenas com elevado realismo Objectivo Combinar num só modelo Remoção de superfícies ocultas Sombreamento devido a iluminação directa Sombreamento devido a iluminação global Cálculo de sombras

14 Ray Tracing: Filosofia Cena Centro de Projecção Janela de Visualização

15 Sombreamento com Ray Casting Para(cada pixel) Criar raio do ponto de vista Para (cada objecto na cena) Encontrar Intersecção com o raio Manter se mais próximo Sombrear de acordo com luz e normal

16 Sombreamento com Ray-Tracing Para(cada pixel) Criar raio do ponto de vista Para (cada objecto na cena) Encontrar Intersecção com o Raio Primário Criar Raios Secundários Sombrear de acordo com contribuições

17 Ray-Tracing Informação para Sombreamento Características da Superfície e da Cena Normal à superfície Direcção da luz Ponto de vista viewpoint Propriedades do Material Componente Difusa (matte) Componente Especular (brilho)... Esferas Brilhantes Esfera Matte

18 Ray-Tracing Tipos de Raios Raios Primários raios que unem o centro de projecção com os objectos Raios Secundários raios reflectidos raios refractados raios de iluminação ou sombra (shadow feelers)

19 Raios Primários - 1 Normalmente, um raio primário não intersecta qualquer objecto...

20 Raios Primários - 2 mas, às vezes, intersecta um objecto.

21 Raios de Iluminação - 3 e o ponto de intersecção fica na sombra, só sendo iluminado pela luz ambiente.

22 Raios Reflectidos - 1 Um raio reflectido: que ponto da cena atinge?

23 Raios Reflectidos - 2 A cor local do ponto de intersecção do raio reflectido à adicionada à cor local do ponto original.

24 Raios Reflectidos - 3 Sem reflexão Com 1 nível de reflexão Com 3 níveis de reflexão

25 Raios Refractados - 1 Se o objecto intersectado à transparente ou translúcido, testa-se com um raio transmitido...

26 Raios Refractados - 2 e a cor do ponto de origem da transmissão é adicionada à cor do ponto original.

27 Ray Tracing Algoritmo Todos os cálculos processam-se no espaço-objecto Para cada ponto (ou pixel) do plano de imagem: traça-se um raio com origem no ponto de observação em direcção à cena a representar Processo inverso: backwards tracing Se o raio intersecta um objecto efectuam-se cálculos locais de iluminação para determinar o sombreamento (ou cor) desse ponto como resultado da iluminação directa sobre ele aplicada (iluminação ambiente e fontes de luz)

28 Ray Tracing O Algoritmo Se o objecto é parcialmente reflector e/ou transparente cálculo de sombreamento no ponto inclui: contribuições luminosas de raios reflectidos e transmitidos O cálculo das contribuições : traçado dos respectivos raios em sentido inverso, determinação das intersecções com a cena eventual traçado de novos raios a partir desses pontos de intersecção O processo termina : se atinge o fundo da cena (sai da cena) ou se atinge um número máximo de superfícies intersectadas ou a contribuição é menor que um valor arbitrado

29 Ray Tracing Algoritmo Completo Procedure TraceRay( pontoorigem, direccao, nivel, cor){ var pontointerseccao, direccaoreflexao; var direccaotransmissao, corlocal, correflexao; var cortransmitida; if ( nivel > nivelmaximo ) { cor = negro; } else { pontointerseccao = (intersecção mais próxima de pontoorigem); if (!intersecção ) { cor = corfundo; } else { (calcular direccaoreflexao); (calcular direccaotransmissao); } } } (combinar(cor, corlocal, correflexao, pesorefl, cortransmitida, pesotrans));

30 Ray Tracing Algoritmo Completo Procedure TraceRay( pontoorigem, direccao, nivel, cor){ var pontointerseccao, direccaoreflexao; var direccaotransmissao, corlocal, correflexao; var cortransmitida; if ( nivel > nivelmaximo ) { cor = negro; } else { pontointerseccao = (intersecção mais próxima de pontoorigem); if (!intersecção ) { cor = corfundo; } else { corlocal=(contribuição da iluminação directa); TraceRay(pontoInterseccao, direccaoreflexao, nivel+1, correflexao); TraceRay( pontointerseccao, direccaotransmissao, nivel+1, cortransmitida); } } } combinar(cor, corlocal, correflexao, pesorefl, cortransmitida, pesotrans);

31 Ray Tracing Recursividade Ecrã Cena constituída por esferas semi-transparentes

32 Ray Tracing Recursividade Raios traçados a partir do ponto de observação Ecrã A 2 3 B A C B A C Fundo C B Fundo A Fundo Fundo C Profundidade = 4 (após 4 intersecções, as contribuições luminosas globais são desprezadas).

33 Iluminação Natural Iluminação Natural

34 Interiores com Luz Natural

35 Ray-Tracing Exemplo: Reflexão Reflexão

36 Refracção

37 "Thanks for all the fish" by Robert McGregor

38 Ray-Tracing Exemplo: Interiores sem luz natural

39 Vídeos Quake Wars Ray-Traced (2008) Bugatti Veyron Ray-Traced by nvidea (2009) Rigid Gems Real time Hybrid Ray-tracing (2012)