PEE 5789 Conceitos Avançados de Síntese de Imagens AULA 03 Modelos Globais de Iluminação Marcio Lobo.

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1 PEE 5789 Conceitos Avançados de Síntese de Imagens AULA 03 Modelos Globais de Iluminação http://www.lsi.usp.br/~lobonett/academic/pee-5789 Marcio Lobo Netto LSI - PEE - EPUSP Universidade de São Paulo

2 aula 03PEE 57892 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

3 aula 03PEE 57893 Programa da Disciplina Apresentação do curso Motivação - apresentação de imagens Áreas correlatas dentro da computação gráfica Conceito da simulação do processo físico de obtenção de imagens Simulação usando modelos locais de iluminação Limitações dos métodos baseados em modelos locais Simulação usando modelos globais de iluminação Método de Ray-Tracing Método de Radiosity Conceitos de Compositing Conclusão

4 aula 03PEE 57894 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

5 aula 03PEE 57895 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 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 aula 03PEE 57896 fidelidade da simulação do processo físico capacidade de gerar uma imagem sintetizada pelo computador que seja indistingüível de uma imagem que fosse obtida por fotografia –imagem foto realista a imagem precisa conter todos os possíveis efeitos da imagem real –é obrigatória a sua fidelidade com uma possível imagem real –não permite portanto o uso de truques para sua geração –pode ser sintetizada usando »modelos globais de boa qualidade

7 aula 03PEE 57897 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

8 aula 03PEE 57898 deficiências do modelo local (2) efeitos de transparência e reflexão especular não são verdadeiramente considerados –artifícios como reflexion mapping podem ser usados

9 aula 03PEE 57899 deficiências do modelo local (3) efeitos de sombra e penumbra são incompletos –somente sombra (penumbra) por iluminação direta

10 aula 03PEE 578910 deficiências do modelo local (4) efeitos do meio –partículas em suspensão »poeira »fumaça »nuvens –meios viscosos »líquidos

11 aula 03PEE 578911 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 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)

12 aula 03PEE 578912 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  

13 aula 03PEE 578913 conceito do balanço de energia luminosa –radiosity (escalar sem considerar direção) –radiance (vetorial considerando a direção)

14 aula 03PEE 578914

15 aula 03PEE 578915 θ H(x) =  L i (x, θ, Φ) cos  dω   dω = cos  ’ dy / r 2 θ’ Φ θ  dy dx

16 aula 03PEE 578916 dx dy dy 1,  1 ’ dy 2,  2 ’ dy 3,  3 ’

17 aula 03PEE 578917 L i (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 as direções) H(x) = 1/   {B(y) cos  cos  ’ / r 2 } V(x, y)dy  y S

18 aula 03PEE 578918 B(x) = E(x) + ρ d (x)  B(y){cos  cos  ’ / r 2 } V(x, y)dy  y S Fator de visibilidade V(x, y) = 0 se as superfícies não são mutuamente visíveis = 1 se as superfícies são mutuamente visíveis Fator de Forma F ij = (1/A i )   {cos  cos  ’ /  r 2 } V(x, y)dydx  xi  yj