Image Based Cartoon Style Rendering Jeronimo Silvério Venetillo Fabio Issao Nakamura.

Apresentação em tema: "Image Based Cartoon Style Rendering Jeronimo Silvério Venetillo Fabio Issao Nakamura."— Transcrição da apresentação:

1 Image Based Cartoon Style Rendering Jeronimo Silvério Venetillo Fabio Issao Nakamura

2 O que é Cartoon Render? É uma uma forma de renderização não fotorealística. Não é baseada nas leis físicas de iluminação, mas sim na percepção humana. Tenta realçar detalhes do modelo, visando entendimento e não fidelidade.

3 Características Realce de silhuetas. Realce de arestas. Poucos tons.

4 Silhueta Delimita o modelo É o conjunto de arestas que formam o contorno de um modelo, dado um observador.

5 Arestas Mostra as quinas do modelo. É o conjunto de arestas que compartilham duas faces em que suas normais possuem um angulo maior/menor que um determinado valor de referencia.

6 Tons Normalmente apenas dois tons são usados. Não traz a noção de profundidade que a iluminação de phong nos dá. Esta percepção é dada pela silhueta e/ou arestas do modelo. Um dos tons simula a parte iluminada e o outro a parte “em sombra”. Com isso, a cor do material é preservada na integra e a parte não iluminada é apenas um tom mais escuro desta cor. Temos uma divisão melhor de o que está sendo iluminado e o que não está sendo iluminado.

7 Tons

8 Como Fazer? Usando Geometria e API Padrão Usando Geometria e Programação em Placa (Vertex Shader). Usando Processamento de Imagem e API Padrão. Usando Processamento de Imagem e Programação em Placa (Pixel Shader).

9 Opção 1 API convencional Independente de plataforma. Maquinas Silicon Graphics não tem GPU programável.

10 Opção 2 Processamento de Imagem “Não dependede” da geometria usada. Não tem a necessidade de desenhar linhas.

11 Método

12 Cor Ambiente e Silhueta Renderizar cena vista da posição da camera com as luzes desligadas. Cada objeto tem sua cor ou textura afetado apenas pela iluminação ambiente. Com esta renderização, obtemos dois buffers. O ambientBuffer e o Z-Buffer. Aplicamos um filtro de detecção de descontinuidade no Z-Buffer para obtermos as silhuetas dos modelos (silhuetteBuffer).

13 Filtro ( Parte 1 ) O filtro usado para detecção de descontinuidade foi o filtro de Sobel.

14 Filtro ( Parte 2 ) Este operador produz um gradiente do Z-Buffer. As silhuetas são as áreas que possuem um gradiente alto. Para extrair estas áreas, usamos o seguinte filtro não linear: p = min{ [(g max – g min )/k p ]^2, 1 } Onde g max e g min são os valores máximos e mínimos da vizinhança 3x3 considerada. O parâmetro k p é o limiar de detecção e está entre 0 e 1. Quanto menor k p, mais silhuetas serão consideradas.

15 Método

16 Arestas Teoricamente a aplicação de um filtro de segunda ordem no Z-buffer nos dá as arestas. Na pratica, esse resultado se mostra muito instável por problemas de aproximação. Podemos aplicar o mesmo filtro que aplicamos no Z-Buffer se tivessemos um mapa de normais da cena.

17 Mapa de Normais Podemos criar um mapa de normais da cena!! Usamos a cor de cada pixel para guardar o valor da normal naquele pixel ( rgb -> xyz ) Substituimos as cores e texturas de todos os objetos por um material totalmente difuso e branco ( corAmbiente = preto, corDifusa = branco, sem Especular ) Desligamos as fontes de luz.

18 Mapa de Normais Fazemos uma passada de render ligando três luzes direcionais, gerando normalBuffer1. –Uma vermelha, na direção x –Uma Verde, na direção y –Uma Azul, na direção z Cada pixel que tem a normal (n x, n y, n z ), terá a cor ( max(n x, 0), max(n y, 0), max(n z, 0) ) Fazemos outra passada de render, invertendo a direção das luzes, gerando normalBuffer2. –Vermelha na direção –x –Verde na direção –y –Azul na direção -z

19 Mapa de Normais Precisamos agora fazer: normalBuffer = normalBuffer1 – normalBuffer2 x y z

20 Arestas Aplicamos agora o mesmo procedimento utilizado no Z-Buffer no normalBuffer para obtermos as arestas (creaseBuffer).

21 Linhas de Realce Temos agora dois buffers que mostram todas as linhas que devem aparecer na imagem final. Para criarmos um único buffer, multiplicamos os dois anteriores. lineBuffer = silhuetteBuffer * creaseBuffer

22 Método

23 Tons Calculamos os tons da imagem a partir do normalBuffer e do ambientBuffer. Usamos o produto escalar da posição da luz com o valor da normal no pixel. Caso ( P light dot normalBuffer[p] ) > 0 iluminatedBuffer[p] = ambientBuffer[p] * LightColor Caso contrário iluminatedBuffer[p] = ambientBuffer[p] Para cada luz a mais Caso ( P light dot normalBuffer[p] ) > 0 iluminatedBuffer[p] += ambientBuffer[p] * LightColor Caso contrário iluminatedBuffer[p] += ambientBuffer[p] repeat Normalmente apenas uma luz é utilizada.

24 Imagem Final Para gerar a imagem final, multiplicamos o iluminatedBuffer pelo lineBuffer. finalBuffer = iluminatedBuffer*lineBuffer

25 Método

26 Resultados e Conclusões Esse método utiliza muito a comunicação entre a placa gráfica e a CPU, o que geralmente é feito de maneira muito lenta. Por causa disso, taxas para tempo real estão longe de serem alcançadas. Porém, alcançamos facilmente taxas iterativas, o que nos permite fazer visualização e inspeção de modelos.

27 Resultados e Conclusões O resultado visual se mostra muito bom diante do proposto. Realmente o realce de detalhes fica bem evidente.

28 Demo Cartoon.exe