II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto

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1 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 Conceitos Avançados de Síntese de Imagens Marcio Lobo Netto 2002 AULA 03 Modelos Globais de Iluminação Universidade de São Paulo Escola Politécnica Engenharia de Sistemas Eletrônicos

2 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens2 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

3 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens3 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

4 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens4 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

5 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens5 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

6 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens6 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

7 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens7 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

8 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens8 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

9 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens9 Deficiências do modelo local

10 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens10 Deficiências do modelo local (2) Efeitos de transparência e reflexão especular não são verdadeiramente considerados –Artifícios como reflexion mapping podem ser usados

11 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens11 Deficiências do modelo local (2)

12 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens12 Deficiências do modelo local (3) Efeitos de sombra e penumbra são incompletos –Somente sombra (penumbra) por iluminação direta

13 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens13 Deficiências do modelo local (4) Efeitos do meio –Partículas em suspensão poeira fumaça nuvens –Meios viscosos líquidos

14 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens14 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

15 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens15 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)

16 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens16 Simulação usando modelos globais de iluminação Espalhamento da luz Incidente Emergente

17 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens17 Modelos globais de iluminação O conceito da iluminação indireta (global) –Interação direta entre objetos e fontes de luz e também indireta entre objetos L r (ω r ) = f r (ω i,ω r )L i (ω i ) cos i dω i

18 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens18 Modelos globais de iluminação

19 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens19 Modelos globais de iluminação conceito do balanço de energia luminosa – radiosity (escalar sem considerar direção) – radiance (vetorial considerando a direção)

20 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens20 Modelos globais de iluminação Interdependência –Distribuição luminosa –Troca de energia entre as faces

21 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens21 Distribuição da energia luminosa Refinamento das superfícies em patches –Acuidade da distribuição da iluminação na superfície –Cada patch é influenciado por várias superfícies

22 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens22 Cálculo da iluminação θ θ Φ θ dy dx

23 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens23 Cálculo da iluminação dx dy dy 1, 1 dy 2, 2 dy 3, 3

24 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens24 Cálculo da iluminação H(x) = L i (x, θ, Φ) cos dω dω = cos dy / r 2

25 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens25 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

26 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens26 B( x ) = E( x ) + ρ d ( x ). B( y ){cos cos / r 2 } V( x, y )d y y S Fator de visibilidade V(x, y) = 0 se as superfícies não são mutuamente visíveis = 1 se as superfícies são mutuamente visíveis

27 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens27 B (x) = E(x) + ρ d (x) B(y){cos cos / r 2 } V(x, y)dy y S Fator de Forma F ij = (1/ A i ) {cos cos / r 2 } V(x, y)dydx xi yj

28 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens28 Trabalho p/ próxima aula Redigir um texto (~5 pag.) sobre –RenderMan –OpenGL / OpenInventor Analisando –suas características –aplicações –limitações

29 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens29 Comentários

30 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens30

31 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens31

32 II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789 set. 2002Conceitos Avançados de Síntese de Imagens32