Modelos Globais de Iluminação

Transcrição

1 Modelos Globais de Iluminação Radiosidade e Ray-tracing Computação Gráfica Carlos 2006 ISEL/DEETC/SP Computação Gráfica 1

2 Agenda Modelos de iluminação Modelos locais Phong Modelos globais Ray-tracing Radiosidade 2

3 Modelos de iluminação global: O que são Até agora a componente global da iluminação foi modelado de forma pouco realista Ex: Modelada através da componente ambiente do modelo de Phong Como tal, os modelos até agora apresentados designam-se modelos de iluminação local Apenas consideram a luz emitida directamente pelas fontes de luz Um modelo de iluminação global vai mais longe Todos os objectos podem (e devem) ser considerados para efeitos de iluminação, uma vez que a luz directa origina um conjunto de reflexões e refracções Os algoritmos aqui apresentados tentam-se aproximar de um modelo mais real, considerando a componente difusa, especular e transmitida a um nível global e não local

4 Ray-tracing vs. Radiosidade Ray-tracing Radiosidade Fonte: [1]

5 Ray-tracing Computação Gráfica Carlos 2006 ISEL/DEETC/SP Computação Gráfica 5

6

7 Infinitos raios partindo das fontes de luz ou Número finito de raios partindo da câmara (1 raio por pixel) Vantagens: Facilmente paralelizável Pode funcionar em tempo real (com limitações, por enquanto...) Bom para cenas com superfícies especulares

8 Ray-Generation Superficie translucida Ray-Traversal Intersection Shading Superficies opacas Framebuffer

9 Ray-Generation Ray-Traversal Intersection Shading Framebuffer

10 Ray-Generation Ray-Traversal Intersection Shading Framebuffer

11 Ray-Generation Ray-Traversal Intersection Intersecção Shading Framebuffer

12 FrameBuffer Plano de projecção Ray-Generation Ray-Traversal Intersection Shading Framebuffer

13 Ray-Generation Raio de sombra Ray-Traversal Intersection Shading Framebuffer

14 Ray-Generation Ray-Traversal Intersection Shading Framebuffer

15 Vermelho escuro Superfície translucida no caminho Ray-Generation Ray-Traversal Intersection Shading Framebuffer

16 Raio de sombra Ray-Generation Ray-Traversal Intersection Shading Raio reflectido Framebuffer

17 Magenta Contribuição do reflexo da superfície Azul Ray-Generation Ray-Traversal Intersection Shading Framebuffer

18 Ray-Generation Ray-Traversal Intersection Shading Framebuffer

19

20 Modelo pinhole da câmara o: Origem (câmara ou olho ) f: Distância focal x, y: Viewport xres, yres: Resolução da imagem x y d f o

21 for (x= 0; x < xres; x++) for (y= 0; y < yres; y++) { d = f + 2(x/xres - 0.5) x + 2(y/yres - 0.5) y; d = d/ d ; // Normalize col = trace(o, d); write_pixel(x,y,col); } y x d f o

22 intersecções Raio no espaço: r(t) = o + td o = (o x, o y, o z ), d = (d x, d y, d z ) Geometria das cenas Planos: (p-a) n=0 Definição implícita (n : normal, a : ponto de aplicação ) x Esferas: (p-c) (p-c)-r 2 =0 y c : centro, r : raio da esfera d f Triângulos: Plano + coordenadas 2D o

23 Intersecção raio-esfera Esfera Esfera na origem: (x 2 + y 2 + z 2 1 = 0) Substituindo o raio na equação, fica t 2 (d x 2 + d y 2 + d z2 ) + 2t(d x o x + d y o y + d z o z ) + (o x 2 + o y 2 + o z2 ) 1 = 0 Equação quadrática: at 2 + bt + c = 0 Ao resolver, calculam-se os zeros (intersecção do raio com a esfera) R d o

24 Intersecção raio-plano Plano Equação: p n - D = 0, n = 1 Representação Implícita Normal: n Distância de (0, 0, 0) : D d Substituír p por o + td o (o + td) n D = 0 Resolvendo em ordem a t: D o n t d n o n d n D p n

25 Intersecção raio-triângulo Coordenadas baricêntricas Triângulo ABC P = 1 A + 2 B + 3 C = 1 3 = (APB) / (ACB) etc 1 C P Verifica-se interseccção se e só se todos os i estiverem entre 0 e 1 0 A 3 B

26

27

28 Ray-tracing Local (Phong)

29 Tempo real (40E6 polígonos)

30 Referências Computer Graphics: Principles and Practice in C, James D. Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner, John F. Hughes, Addison-Wesley Professional; 2nd edition (1995) o o Image Synthesis - Radiosity, C. Gotsman J. M. Brisson Lopes, IST, Radiosidade o John F. Hughes, Andries van Dam, Radiosity, CS123, Brown University, 2006 o o Philipp Slusallek et al, Introduction to Realtime Ray Tracing, SIGGRAPH