Ray Tracing Estocástico e Distribuido Aruquia Barbosa.

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1 Ray Tracing Estocástico e Distribuido Aruquia Barbosa

2 Ray Tracing Aliasing Stochastic Ray Tracing Distributed Ray Tracing ExemplosReferências Ray Tracing Estocástico e Distribuido Introdução

3 Faz o traçado de raios entre uma lente e os objetos que estão atrás de um anteparo. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Ray Tracing

4 Aliasing Espacial Ocorre quando a frequência é maior que o limite de Nyquist. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Aliasing Seno 1 Seno 2

5 Aliasing Temporal Ray Tracing Estocástico e Distribuido Aliasing

6 Supersampling Supersampling Adaptativo Ray Tracing Estocástico Ray Tracing Estocástico e Distribuido Anti-Aliasing

7 Supersampling Usa vários raios e a cor do pixel é dada pela média das cores dos raios. É uma boa forma inicial de atacar o problema. Só reduz o problema de aliasing. É caro computacionalmente. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Anti-Aliasing

8 Supersampling Adaptativo Divide o pixel em regiões e lança um raio em cada região. Se o raio em uma determinada região difere muito dos outros esta região é subdividida. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Anti-Aliasing

9 Supersampling Adaptativo É fácil, não muito lento e funciona bem. Assume que se os raios iniciais não detectam cores diferentes, então a amostragem está correta. Usa um grid regular na amostragem. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Anti-Aliasing

10 Stochastic Ray Tracing. Usa uma amostragem estocástica em cada pixel. Troca aliasing por ruído, que é melhor aceito pelo olho humano. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Stochastic Ray Tracing

11 Motivação: As células receptoras no olho humano são próximas na região central. A retina funciona como um filtro de passa-baixa. Fora da região central as células tem uma distribuição não uniforme. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Stochastic Ray Tracing

12 Motivação: Distribuição das células fotorreceptoras do macaco rhesus e sua transformada de Fourier. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Stochastic Ray Tracing

13 Ray Tracing Estocástico e Distribuido Stochastic Ray Tracing Seno1Seno 2 Amostragem uniforme

14 Ray Tracing Estocástico e Distribuido Stochastic Ray Tracing Seno1Seno 2 Amostragem não uniforme

15 Ray Tracing Estocástico e Distribuido Stochastic Ray Tracing Exemplo

16 Umaamostragem por pixel. Uma amostragem por pixel. Uma amostragem por pixel, com Jitter. Uma amostragem por pixel, com Jitter. 16 amostragens por pixel. 16 amostragens por pixel. 16 amostragens por pixel, com Jitter. 16 amostragens por pixel, com Jitter. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Stochastic Ray Tracing Exemplos

17 Uma forma de produzir uma amostragem estocástica sem implementar uma amostragem de Poisson é fazer um Jittering. Jittering é adicionar algum ruído a uma amostragem, que pode ser espacial ou temporal. Neste trabalho vamos mostrar Jittering em uma partição uniforme não correlacionado. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Jittering

18 Para uma função seno que está dentro do limite de Nyquist fazer um Jittering na localização dos pontos de amostragem é igual a adicionar um ruído a função. Já para uma função seno que está bem além do limite de Nyquist ao fazer um Jittering a altura amostrada pode ser qualquer uma, logo o que vai aparecer é praticamente só ruído. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Jittering

19 Quando fazemos uma amostragem estocástica a intensidade de um pixel é uma função analítica que pode envolver várias integrais. Para evitar estas contas foram feitas várias simplificações. Como efeito colateral destas simplificações temos perda de realismo em imagens que tem penumbra, reflexão, translucência, profundidade e movimento, Ray Tracing Distribuído é uma forma de tornar mais realistas estes efeitos. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Distribuited Ray Tracing

20 Ray Tracing Distribuído: Considera as variáveis de integração como dimensões adicionais. Faz uma avaliação de Monte Carlo das integrais distribuindo estocasticamente os raios nas dimensões adicionais. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Distribuited Ray Tracing

21 ● Distribuir os raios refletidos de acordo com uma função de distribuição especular produz gloss. ● Distribuir os raios transmitidos produz translucency. ● Distribuir os raios de sombra através do ângulo sólido de cada fonte de luz produz penumbra. ● Distribuir as origens dos raios sobre a lente da câmera produz depth of field. ● Distribuir os raios no tempo produz motion blur. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Distribuited Ray Tracing

22 Shading Seja I a intensidade da luz refletida em um ponto da superfície. L função de iluminação. R Função de reflexão. Eles se relacionam por: I(  r,  r )=   i   r L (  i,  i ) R (  i,  i,  r,  r ) d  i d  I ● Assumindo que L só é diferente de zero nas direções das fontes de luz temos sombras com bordos. ● Assumindo que R só é diferente de zero na direção especular temos refrações com bordo. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Distribuited Ray Tracing

23 Shading O cálculo de Shading pode ser feito com menos contas distribuindo os raios. Os raios de iluminação podem ser distribuídos de acordo com a função de iluminação L. Os raios refletidos podem ser distribuídos de acordo com a função de reflexão R. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Distribuited Ray Tracing

24 Gloss Gloss é a forma como a superfície reflete o ambiente. Normalmente não é como um espelho. Pode ser calculado distribuindo os raios de acordo com a direção especular. O valor do pixel é uma média dos raios com peso dado de acordo com a mesma função de distribuição que determina os highlights. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Distribuited Ray Tracing

25 Translucency Translucency não é como transparência pois os raios ao passar pela superfície podem ter uma mudança de direção. Ela é calculada distribuindo os raios de acordo com a direção principal do raio transmitido. A distribuição dos raios é feita de acordo com uma função de transmitância especular. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Distribuited Ray Tracing

26 Penumbra Penumbra ocorre onde uma fonte de luz é parcialmente encoberta. Para calcular uma região de sombra traçamos raios que passam por uma fonte de luz até a superfície que esta encobrindo uma região. Para calcular a penumbra distribuímos os raios que partem da superfície. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Distribuited Ray Tracing

27 Depth of Field Depth of Field pode ser simulado com Ray Tracing Distribuído. Uma lente é colocada na frente do plano de visão. O ponto focal é colocado a uma distância fixada da lente na direção do primeiro raio. Os outros raios mandados pelo mesmo pixel vão ser distribuídos sobre a lente e vão passar pelo ponto focal Ray Tracing Estocástico e Distribuido Distribuited Ray Tracing

28 Motion Blur Motion Blur aparece quando os objetos estão se movendo com relação a câmera. Pode ser calculado com uma amostragem dos raios no tempo. Os objetos que se moverem mais vão aparecer mais borrados. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Distribuited Ray Tracing

29 Shadow ● Ray Tracing ● Ray Tracing distribuído, com 10, 20 e 50 raios. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Exemplos

30 Gloss ● Ray Tracing ● Ray Tracing distribuído, com 10, 20 e 50 raios. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Exemplos

31 Translucency ● Ray Tracing ● Ray Tracing distribuído, com 10 e 20 raios. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Exemplos

32 Motion Blur 1984 Ray Tracing Estocástico e Distribuido Exemplos

33 1984, detalhe da bola 4 Ray Tracing Estocástico e Distribuido Exemplos

34 Motion Blur The Adventures of André & Wally B. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Exemplos

35 Motion Blur The Adventures of André & Wally B. Ray Tracing Estocástico e Distribuido Exemplos

36 Depth of Field Young Sherlock Holmes Ray Tracing Estocástico e Distribuido Exemplos

37 Exemplo de penumbra e reflexão Ray Tracing Estocástico e Distribuido Exemplos

38 Stochastic Sampling in Computer Graphics- Robert L. Cook Distributed Ray Tracing- Robert L. Cook, Thomas Porter, Loren Carpenter An Introduction to Ray Tracing- Edited by Andrew S. Glassner Ray Tracing Estocástico e Distribuido Referências