Carregar apresentação
A apresentação está carregando. Por favor, espere
1
Rastreamento de Raios Estocástico
Iluminação Global Rastreamento de Raios Estocástico
2
“Those Were the Days” “In trying to improve the quality of the synthetic images, we do not expect to be able to display the object exactly as it would appear in reality, with texture, overcast shadows, etc. We hope only to display an image that approximates the real object closely enough to provide a certain degree of realism.” – Bui Tuong Phong, 1975
3
Novas demandas
4
Física da luz Modelo de ondas Modelo quântico Energia de um photon:
Óptica geométrica Modelo quântico Energia de um photon: h = constante de Planck (6.62610-34 J.s) f = freqüência (Hz) [ c = f m/s] c = velocidade da luz ( 108 m/s)
5
Energia e Fluxo Radiante
1 fótom com comprimento de onda : n fótons com comprimento de onda : [J/nm] Energia radiante: [J] Fluxo radiante: [J/s=Watts]
6
Revisão: Três conceitos básicos importantes
área aparente ângulo sólido luminosidade vs. radiação
7
Área aparente (foreshortening)
Uma área A vista de um ângulo é equivalente a uma área menor, A cos, tanto para emitir quanto para receber radiação luminosa. n θ A
8
Ângulo sólido esfera a r l α r círculo (esfero radianos)
9
Ângulo sólido em coordenadas polares
10
Ângulo sólido em coordenadas polares
r sin d r d r d
11
Ângulos de elementos infinitesimais
dl cos dl n r (esfero radiano)
12
Luminosidade vs. Radiação: sensibilidade dos cones do olho humano
olho humano: cones (SML) e bastonetes (cegos para cor) .20 .18 .16 .14 .12 fração de luz absorvida por cada cone .10 .08 .06 .04 .02 400 440 480 520 560 600 640 680 l comprimento de onda (nm) 380 nm 780 nm
13
Luminosidade vs radiação
100% Fração da luz absorvida pelo olho sensibilidade relativa 50% 0% l (nm) 380 430 480 530 580 630 680 730 780 Luminous efficacy – the efficiency of a light source in producing visible light, expressed in lumens per Watt. Note – the Watts can be measured as a radiometric quantity or at the electrical source. The distinction is generally specified.
14
Radiometria “Newcomers to light measurement are often bewildered by the galaxy of arcane terms which surround it. To make matters worse, some of these terms (the worst offender is probably “intensity”) are common words that often carry different meanings in other, even closely related, fields .” Sunrise Instruments, LLC
16
Potência Radiante Energia total emitida por/que atravessa/incide em uma superfície por unidade de tempo. Unidade: Watt (W) = Joules/segundo (J/s) Exemplos: Sol: Corpo negro:
17
Irradiancia (irradiação?) ou iluminação
Irradiance – flux per unit area impinging onto a surface. The radiometric unit is “watts per square meter; ” the photopic unit is “lumens per square meter” or, equivalently, “lux”. Note – the term “irradiance says nothing about the direction at which light strikes the surface. Illuminance – photopic irradiance. The unit is “lumens per square meter”, or, equivalently, “lux”. fluxo [ Watts ou Lumens] ou p
18
Radiosidade Potência radiante emitida por uma superfície, por unidade de área fluxo [ Watts ou Lumens] p
19
Radiancia ou Luminância
20
Radiancia ou Luminância
Radiance – the amount of flux radiated by a projected area of surface per steradian of solid angle. The radiometric unit is “watts per square meter per steradian”; Luminance – photopic radiance. The unit is “lumens per square meter per steradian” or, equivalently, “candela per square meter”.
21
Radiancia ou luminosidade numa superfície
22
Radiosidade Radiancia
23
Radiosidade de refletores lambertianos
Na radiosidade clássica, a reflexão é perfeitamente lambertiana, isto é, espalha luz incidente uniformemente em todas as direções A radiância L (p, θ, ) de um ponto p não depende da direção e pode ser escrita mais simplesmente como L(p) A radiosidade B(p) pode ser então ser escrita como: Esperança e Cavalcanti UFRJ
24
Fluxo Radianate de um Emissor Difuso Uniforme
25
Radiância do sol supondo uniforme
26
Irradiação do Sol na Terra e em Marte
149,600,000 km vácuo Marte 227,940,000 km Sol 12:00 h
27
Ângulos sólidos na Terra e no Sol
28
Que medida física da luz corresponde a “intensidade rgb”?
29
Modelo de câmera pinhole
dAc dAp radiância dos pontos visíveis na direção da câmera irradiação sobre o pixel Câmeras e olhos humanos são sensíveis a radiância
30
Câmeras reais scene image plane lens Image Irradiance: Scene Radiance:
31
Câmeras com lentes dAc c α O dAp (área correspondente a dAc) p
32
Radiancia emitida por c na direção de p
dAc c d Ω α O dAp p
33
Ângulo sólido dAc c d Ω r α O
34
Relação entre as áreas dAc c Ωo α O Ωi dAp p
35
Irradiação sobre o sensor
dAc P d α quando foco no ∞ O dAp p
36
Irradiação (irradiância) no sensor da câmera é proporcional a:
radiância do objeto da cena; área da lente; variação do cos4
37
Equipamento utilizado
Creative WebCam Pro 640x480 (VGA) color CMOS Sensor USB 1.1 Interface
38
= arc tg (0,9/2,0) = 24o cos4 = 0,7 1,8m 2,0m
Calculou-se, segundo as proporções de captura sobre as quais foram geradas as imagens da tela, o ângulo . Foi possível verificar que a iluminação nos pontos da tela decresce proporcionalmente a cos4.
39
P1 • 0,7 0,7 R=53 G=67 B=115 P1 P2 R=75 G=95 B=165 R=55 G=70 B=110 P1 – pixel no centro da tela P2 – pixel no canto da tela, na horizontal de P1
40
Sem correção
41
Com correção radiométrica
42
Sem correção
43
Com correção radiométrica
44
Sem correção
45
Com correção radiométrica
46
Sem correção
47
Com correção radiométrica
48
Estudo da Radiância
49
Propriedades da Radiância
Radiância é invariante em uma linha reta A radiância que sai de x em direção a y é igual a radiância que chega em y vindo de x. (se o meio não interfere)
50
prova: potência emitida de dAx para dAy
51
prova: (cont.) potência recebida em dAy vinda de dAx
52
Radiância de uma superfície
Fluorescência: freqüência diferente Fosforescência: freqüência diferente e significativamente mais tarde da absorção
53
Radiância de uma superfície (2)
54
Images from Jensen et. al, SIGGRAPH 2001
Modelagem de pele Images from Jensen et. al, SIGGRAPH 2001
55
Simplificação: emite no mesmo ponto, tempo e freqüência
dωi p o constante (experimentalmente) (sr -1) BRDF: Bidirectional Reflectance Distribution Function
56
BRDF – Bidirectional Reflectance Distribution Function (em coordenadas esféricas)
Lo Li θi p i dω (sr -1)
57
Modelos para a BRDF Medidas de modelos reais Images from Marc Levoy
58
Tipos de efeitos modelados
Plastico vs Metal Anisotropia θi i Ei p Lo
59
Materiais Fisicamente Plausíveis
Reciprocidade Conservação de energia
60
Reciprocidade detector Fonte de luz Fonte de luz detector
61
Conservação de Energia
Tomando
62
Cálculo da radiância refletida em uma direção
p
63
Radiância que chega no sensor
Câmara ye ze eye xe yo xo zo
64
Equação de renderização
65
Integração de Monte Carlo
xi - variável aleatória uniforme [ p(xi) = 1 ] f(x) x 1
66
Exemplo de MC 2 1 1
67
Exemplo de MC 2 1 1 1
68
Estimativa da reflexão local
69
Rstreamento de Raios Estocástico
x
70
Probabilidade Uniforme da Semi-Esfera
… u1 e u2 são duas variáveis aleatórias em [0,1]
71
Otávio de Pinho Forin Braga
Uma Arquitetura para Síntese de Imagens Fotorrealistas Baseada em Técnicas de Monte Carlo Otávio de Pinho Forin Braga
72
Reflexão Local Sabemos que Integrando sobre o hemisfério superior
BRDF define operador de reflexão
73
Reflexão Local Formulação por Área
é a função de visibilidade
74
Emissão de Luz Gerada por inúmeros processos:
Incandescência Quimiluminescência Fluorescência Fosforescência Etc... Nos interessa apenas a distribuição resultante Definida em
75
A Equação do Transporte da Luz
Emissão independente da reflexão Expandindo o operador de reflexão:
76
Expansão em Série de Neumann
Convergência garantida pela conservação de energia
77
Integral de Caminhos onde
78
Integral de Caminhos
79
Integral de Caminhos
80
Primeira Aproximação Resta ainda saber como calcular cada termo
Integral de dimensão arbitrariamente grande
81
Primeira Aproximação (Recapitulando...)
Resta ainda saber como calcular cada termo Integral de dimensão arbitrariamente grande
82
Solução para a ETL por Integração de MC
Calculamos cada termo por integração de MC Geramos n caminhos Estimador
83
Amostrando Caminhos Devemos priorizar a escolha dos caminhos mais importantes Fazer isso de maneira global é difícil Construir caminhos com decisões locais
84
Caminhos como Cadeias de Markov (Kajiiya 86)
Construção incremental partindo de Em cada , escolhemos com probabilidade Distribuição dos caminhos
85
Construindo os Caminhos
Dado um vértice , como escolher ?
86
Transições Internas Caminhos geometricamente impossíveis
87
Transições Internas Amostrar direção
Automaticamente amostramos por importância
88
Transições Internas Densidade em relação ao ângulo sólido
Novo estimador: Transição final Transições internas
89
Amostrando BRDFs
90
Transição Final Problema puramente geométrico
91
Amostrando Uma Fonte Amostragem uniforme por ângulo sólido projetado
Amostragem uniforme por área
92
Amostrando Várias Fontes
n fontes de luz Escolhemos uma das fontes com probabilidade qi Ponderamos o estimador i por 1/qi Caso mais simples: qi = 1/n qi igual à fração da potência da fonte i
93
Roleta Russa Problemas:
Gastamos mais tempo nos termos menos importantes Onde truncar a série?
94
Roleta Russa Evitar aleatoriamente a avaliação do resto da soma
Podemos fazer isso a cada passo n pode ser arbitrariamente grande
95
Consideração sobre Eficiência
96
Reutilização de Prefixos
Introduz correlação entre os termos Aumento na variância Mas calculamos mais caminhos em um dado tempo
97
O Ciclo de Amostragem do Filme
98
O Núcleo da Geometria
99
Estratégias para Calcular a Radiância
Implementam uma estratégia em computeRadiance(ray)
100
BRDF spectrum evaluate(vector wi, vector wo);
spectrum sample(vector wo, vector *wi, float *pdf); float pdf(vector wo, vector wi);
101
Fontes de Luz Toda primitiva pode ser emissora
Coleção das primitivas emissoras na cena Permite que amostremos somente as fontes Esforço principal está nas primitivas geométricas: vector sample(point p, float *pdf, ray *r); vector sample(point p, vector n, float *pdf, ray *r);
102
Resultados Iluminação global Iluminação direta
103
Resultados 1 amostra por pixel 10 amostras por pixel
104
Resultados 25 amostras por pixel 81 amostras por pixel 512x512
~ 5h 30 min
105
Geometria complexa ~ 900 mil triângulos
Resultados Geometria complexa ~ 900 mil triângulos ~ 3 min
106
Resultados
107
FIM
Apresentações semelhantes
© 2024 SlidePlayer.com.br Inc.
All rights reserved.