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Iluminação e FotoRealismo Síntese de Imagens de Alta Fidelidade Luís Paulo Peixoto dos Santos.

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1 Iluminação e FotoRealismo Síntese de Imagens de Alta Fidelidade Luís Paulo Peixoto dos Santos

2 Competências GERAIS : Caracterizar a iluminação global e descrever os vários estágios do processo de síntese e visualização de imagens; Iluminação e Fotorealismo 2007/08 2 ESPECÍFICAS : Enunciar as diferenças entre modelos de síntese de imagem empíricos e baseados nas leis da física; Identificar potenciais aplicações para métodos de Iluminação Global de Alta fidelidade; Listar e descrever os vários estágios do processo de síntese e visualização de imagens;

3 Síntese de Imagens de Alta Fidelidade Síntese de imagens (rendering) é o processo de produção de uma imagem bidimensional a partir de uma descrição tridimensional de uma cena. Iluminação e Fotorealismo 2007/08 3 Síntese interactiva – sacrifica precisão (realismo) por tempo de resposta, recorrendo a abordagens top-down, onde o processo é guiado pelos resultados pretendidos; Síntese baseada na física – as leis físicas que governam o transporte da luz e a sua interacção com a matéria determinam as regras da simulação; Síntese expressiva (não fotorealista) – liberdade artística e grande poder de expressão

4 4 Síntese de Imagens de Alta Fidelidade Objectivo … desenvolver modelos de iluminação e transporte de luz baseados nas leis da física e processos de visualização perceptuais que produzam imagens sintéticas visual e/ou mensuravelmente indistinguíveis de imagens do mundo real…. [Greenberg97] Estas imagens podem ser usadas de forma preditiva, em oposição com imagens que apenas pretendem ter um grande impacto visual. Iluminação e Fotorealismo 2007/08

5 Iluminação Global e Fotorealismo 5 Iluminação Global de Alta Fidelidade Simulação baseada na física de todos os trajectos de luz – desde as fontes até ao observador - que contribuem de forma significativa para a iluminação de um ponto Implica considerar o impacto que a presença de outros objectos tem na iluminação de um ponto, por oposição a métodos de iliuminação local Iluminação directa com oclusões (sombras) Reflexão Transmissão

6 Modelos empíricos versus físicos Iluminação e Fotorealismo 2007/08 6 Y X Z Modelos empíricos Modelo do Mundo

7 Modelos empíricos versus físicos Iluminação e Fotorealismo 2007/08 7 Y X Z Modelos baseados na Física Modelo do Mundo

8 Síntese de Imagens de Alta Fidelidade Iluminação e Fotorealismo 2007/08 8 Top-down (empírico) Bottom-up (baseado nas leis da física) O resultado desejado guia a implementação As leis da física que originam o fenómeno guiam a implementação Métodos empíricos garantem um resultado perceptualmente aceitável O fenómeno desejado é o resultado lógico, inevitável da simulação Apesar da semelhança com a realidade os resultados não podem ser usados de forma preditiva, pois não têm relação com o mundo real A imagem é a visualização dos dados gerados usando modelos baseados na física, podendo ser usados de forma preditiva Precisão sacrificada por velocidadeVelocidade sacrificada por precisão

9 Aplicações Simulação fisicamente correcta da iluminação e transporte de luz: –Arquitectura e Herança Cultural –Engenharia de Iluminação –Publicidade e Marketing –Simuladores –Ciência e Medicina –Cinema –Visualização Científica –Jogos Iluminação e Fotorealismo 2007/08 9

10 Aplicações: Arquitectura e Herança Cultural Iluminação e Fotorealismo 2007/08 10

11 Aplicações: Engenharia de Iluminação Iluminação e Fotorealismo 2007/08 11

12 Aplicações: Ciência e Medicina Iluminação e Fotorealismo 2007/08 12

13 Aplicações: Visualização Científica Iluminação e Fotorealismo 2007/08 13

14 Aplicações: Jogos Iluminação e Fotorealismo 2007/08 14

15 O processo de síntese de imagem Modelação Modelo Síntese Imagem HDR Visualização display Iluminação e Fotorealismo 2007/08 15

16 O processo de síntese de imagem: modelação Modelo geométrico Materiais: modelo de iluminação (shading model) –Descreve a forma como a luz incidente num objecto interage com o mesmo: proporções da radiância absorvida, reflectida e/ou transmitida (função do comprimento de onda) –No caso geral, L(P i i ) no instante t i e comprimento de onda λ i, pode ser reflectida, ou transmitida, no instante t r, ponto P r, direcção r e comprimento de onda λ r. Restrições comuns: t r =t i, impossibilita a modelação da fosforescência λ r = λ i, impossibilita a modelação da fluorescência P r = P i, impossibilita a modelação da dispersão da luz numa superfície –Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) Iluminação e Fotorealismo 2007/08 16

17 O processo de síntese de imagem: modelação Iluminação e Fotorealismo 2007/08 17 Reflexão Transmissão N LiLi LrLr θiθi θrθr Especular N LiLi LtLt θtθt θiθi N LiLi Difusa N LiLi θiθi N LiLi Glossy N LiLi θiθi Translúcida

18 O processo de síntese de imagem: síntese A síntese da imagem (rendering) corresponde ao cálculo da distribuição da potência radiante na cena, i. e., à resolução da Equação de Transporte de Luz (rendering equation) A Equação de Transporte de Luz é um integral sem resolução analítica, pelo que os algoritmos de síntese de imagem são integradores numéricos que calculam soluções aproximadas Estes integradores calculam o transporte de luz na cena – os fenómenos de iluminação simulados dependem do subconjunto efectivamente amostrado do domínio de integração Iluminação e Fotorealismo 2007/08 18

19 O processo de síntese de imagem: visualização Iluminação e Fotorealismo 2007/08 19 Síntese HDR display imagem cd/m cd/m cd/m cd/m 2 Renderers baseados na física produzem imagens com alta gama dinâmica (HDR), cujas luminâncias cobrem tipicamente um intervalo de 14 ordens de magnitude: [ ] cd/m 2 Os monitores convencionais cobrem tipicamente um intervalo de luminância de 2 ordens de magnitude: [ ] cd/m 2 Visualização Estes algoritmos mapeiam os tons do mapa HDR nos tons do monitor usando um operador designado por tone mapping

20 O processo de síntese de imagem: visualização Iluminação e Fotorealismo 2007/08 20 Sub-Exposição Sobre-Exposição

21 O processo de síntese de imagem: visualização Iluminação e Fotorealismo 2007/08 21 Os algoritmos de tone mapping tentam preservar contraste, visibilidade e brilho aparente, num balanceamento entre estes objectivos contraditórios.


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