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II – Modelos Globais de Iluminação
Escola Politécnica da USPEngenharia de Sistemas EletrônicosMarcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789
Conceitos Avançados de Síntese de Imagens
Marcio Lobo Netto2002
AULA 03Modelos Globais de Iluminação
Universidade de São PauloEscola PolitécnicaEngenharia de Sistemas Eletrônicos
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Objetivo desta Aula
• Rever o modelo local de iluminação• Analisar suas limitações• Apresentar o conceito de iluminação global• Apresentar os modelos de iluminação global• Fazer referência aos métodos computacionais
usados– Radiosity– Ray-tracing / Particle Tracing
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Limitações dos métodos baseados em modelos locais de iluminação
• Realismo da imagem• Fidelidade da simulação do processo físico
• Decorrências– Efeitos de sombra e penumbra– Efeitos de iluminação secundária (indireta)– Efeitos do meio
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Realismo da imagem
• Capacidade de gerar uma imagem sintetizada pelo computador que se pareça com uma imagem que fosse obtida por fotografia– Imagem foto realista
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Realismo da imagem
• A imagem só precisa parecer realista– Não é obrigatória a sua fidelidade com uma possível
imagem real– Permite portanto o uso de truques para sua geração– Pode ser sintetizada usando
• modelos globais de boa qualidade• modelos locais e manipulação artística
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Fidelidade da simulação do processo físico
• Capacidade de gerar uma imagem sintetizada pelo computador que seja indistinguível de uma imagem que fosse obtida por fotografia– Imagem foto realista
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Fidelidade da simulação do processo físico
• A imagem precisa conter todos os possíveis efeitos da imagem real– É obrigatória a sua fidelidade quando comparada à uma
possível imagem real– Não permite portanto o uso de truques para sua
geração– Pode ser sintetizada usando
• modelos globais de boa qualidade
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Deficiências do modelo local
• Efeitos de iluminação secundária (indireta)– Somente a iluminação direta é computada– Em cenas abertas (luz do dia) não apresenta muito
problema– Em cenas fechadas o efeito indireto é importante
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Deficiências do modelo local
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Deficiências do modelo local (2)
• Efeitos de transparência e reflexão especular não são verdadeiramente considerados– Artifícios como reflexion mapping podem ser usados
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Deficiências do modelo local (2)
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Deficiências do modelo local (3)
• Efeitos de sombra e penumbra são incompletos– Somente sombra (penumbra) por iluminação direta
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Deficiências do modelo local (4)
• Efeitos do meio– Partículas em suspensão
• poeira• fumaça• nuvens
– Meios viscosos• líquidos
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Simulação usando modelos globais de iluminação
• Conceito da iluminação indireta (global)– interação direta entre objetos e fontes de luz e também
indireta entre objetos• Conceito do balanço de energia luminosa
(radiosidade)– radiosity– radiance
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Simulação usando modelos globais de iluminação
• Conceito do percurso do raio de luz (ray-tracing)– o raio de luz– interação do raio com superfícies - novos raios– o estudo da luz como partícula (particle tracing)
• Equação geral da iluminação global (Kajiya)
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Simulação usando modelos globais de iluminação
• Espalhamento da luz
Incidente Emergente
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Modelos globais de iluminação
• O conceito da iluminação indireta (global)– Interação direta entre objetos e fontes de luz e também
indireta entre objetos
Lr(ωr) = fr(ωi ,ωr)Li (ωi) cosi dωi
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Modelos globais de iluminação
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Modelos globais de iluminação
• conceito do balanço de energia luminosa– radiosity (escalar sem considerar direção)– radiance (vetorial considerando a direção)
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Modelos globais de iluminação
• Interdependência– Distribuição luminosa– Troca de energia
entre as faces
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Distribuição da energia luminosa
• Refinamento das superfícies em patches– Acuidade da
distribuiçãoda iluminação na superfície
– Cada patch é influenciado porvárias superfícies
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Cálculo da iluminação
θ θ’
Φ
θ
dy
dx
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Cálculo da iluminação
dx
dy
dy1, 1’ dy2, 2’
dy3, 3’
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Cálculo da iluminação
H(x) = Li(x, θ, Φ) cos dω
dω = cos ’ dy / r2
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Cálculo da iluminação
• Li(x, θ, Φ) = L(y, θ’, Φ’) (o que chega é igual ao que sai)
• L(y, θ’, Φ’) = B(y) / (considerando que emita uniformemente em todas
em todas as direções)
• H(x) = 1/ {B(y) cos cos’ / r2} V(x, y)dy y S
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B(x) = E(x) + ρd(x) . B(y){cos cos’ / r2} V(x, y)dy
y S
• Fator de visibilidadeV(x, y) = 0 se as superfícies não são mutuamente
visíveis
= 1 se as superfícies são mutuamente visíveis
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B(x) = E(x) + ρd(x) B(y){cos cos ’ / r2} V(x, y)dy y S
• Fator de Forma Fij = (1/Ai) {cos cos ’ / r2} V(x, y)dydx
xi yj
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Trabalho
• p/ próxima aula• Redigir um texto (~5 pag.) sobre
– RenderMan– OpenGL / OpenInventor
• Analisando– suas características– aplicações– limitações
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Comentários
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