Computação Gráfica: Iluminação pt. 2 Prof. Rafael Vieira

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1 Computação Gráfica: Iluminação pt. 2 Prof. Rafael Vieira
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2 Modelo fotorrealista de Luz
Em Computação Gráfica, há a busca por simular de forma realista efeitos de luz para simular cor da pele, metais, plástico, etc. Last of Us, remastered (Julho, 2014) O modelo de Iluminação que vimos anteriormente simula o comportamento da luz de forma analítica, e só consegue simular de forma realista alguns materiais.

3 Visualização A iluminação de um ambiente determina a intensidade das cores em um ambiente (claras ou escuras), assim outros efeitos fotorrealistas. Modelagem Cores ou Texturas Câmera (Espaço visual.) Iluminação Etapas da Visualização O problema de iluminação consiste em determinar o quanto de energia luminosa a partir um ponto chega no olho do observador em uma cena com Luz.

4 Modelo físico da luz Todo modelo baseado na física (mundo real) deve obedecer as seguintes regras: Princípio da Reciprocidade. Princípio da Conservação de Energia.

5 Princípio da Reciprocidade
Se invertemos a posição da luz e do observador, a quantidade de energia que chega no observador a partir desta luz não muda.

6 Princípio da Conservação de Energia
A quantidade de Energia total existente em um sistema permanece constante. Energia Indicidente = Energia Transmitida + Energia Refletida + Energia Absorvida. Todos os materiais ou refletem, ou transmitem, ou absorvem energia. Mas não necessariamente possuem as 3 propriedades.

7 Modelo usado Atualmente: BSDF
O modelo Bi-directional Scattering Distribution Function (BSDF) obedece aos princípios físicos anteriores. E ao contrário de Raytracing, considera a iluminação que provêm da vizinhaça e chega em ponto da superfície iluminada. Color Bleeding é um efeito que se consegue com o uso de BSDF. A BSDF pode ser de 2 tipos: BRDF e BTDF, e devem ser Calculadas para cada espectro de cor separadamente. (i.e., R, G, e B).

8 Coordenadas Esféricas
Forma paramétrica Forma implícita 𝑥=𝑟𝑐𝑜𝑠αcosβ 𝑦=𝑟𝑐𝑜𝑠αsinβ 𝑧=𝑟𝑠𝑖𝑛α 𝑝 α,β ∈ ℝ 3 𝑥 2 + 𝑦 2 + 𝑧 2 = 𝑟 2 ; 𝑝 𝑥,𝑦,𝑧 ∈ ℝ 3

9 BRDF Analisa as propiedades físicas de um material sobre o ponto de vista da reflexão. 𝐵𝑅𝐷𝐹 λ α 𝑒 , θ 𝑒 , α 𝑠 , θ 𝑠 ,𝑢,𝑣 = 𝐿 𝑠 𝐸 𝑒 𝐸 𝑒 = 𝐿 𝑒 cosθ 𝑑𝑤 𝑒 λ →espectro de cor α, θ →ângulo sólido (posição esfera) u,v → posição na superfície do material L → raio de luz em uma direção E → Quantidade de energia dos raios de luz de todas as direções. Conheça o BRDF explorer da Disney.

10 Saiba mais com a NVIDIA:
BRDF As ideias fundamentais da construção de uma imagem ainda se aplicam, o que muda é a equação de iluminação. Contudo, podemos usar mesma equação anteiror para o cálculo da BRDF. 𝐵𝑅𝐷𝐹 λ α 𝑒 , θ 𝑒 , α 𝑠 , θ 𝑠 ,𝑢,𝑣 = 𝐿 𝑠 𝐸 𝑒 𝐿 𝑠 = 𝐿 𝑒 ( 𝑘 𝑑 (𝐿𝑁 + 𝑘 𝑠 (𝑅𝑉 ) 𝑛 𝐸 𝑒 = 𝐿 𝑒 cosθ 𝑑𝑤 𝑒 Saiba mais com a NVIDIA:

11 BRDF: Cor do pixel A cor do pixel devel ser isolada em dos lados da equação. E a somatória dos raios de luz produzirá a cor. BSDF é um valor que informa a refletância e transmitância de um material sobre diversos pontos e vista. 𝐿 𝑠 = 𝑖=0 𝑛 𝐵𝑅𝐷𝐹 λ 𝑖 α 𝑒 𝑖 , θ 𝑒 𝑖 , α 𝑠 , θ 𝑠 ,𝑢,𝑣 𝐸 𝑒 𝑖 𝐿 𝑠 = 𝑖=0 𝑛 𝐿 𝑒 𝑖 ( 𝑘 𝑑 ( 𝐿 𝑖 𝑁 + 𝑘 𝑠 (𝑅𝑉 ) 𝑛 ) 𝐿 𝑒 𝑖 cos θ 𝑖 𝑑𝑤 𝑒 𝑖 cos θ 𝑖 𝑑𝑤 𝑒 𝑖 Esse modelo de Iluminação com essa simiplificação consegue simular de forma realista só de alguns materiais.

12 BTDF Analisa as propiedades físicas de um material sobre o ponto de vista da transmissão. Algebricamente o cálculo é similar, mas BTDF e BRDF devem ser somadas. 𝐵𝑇𝐷𝐹 λ α 𝑒 , θ 𝑒 , α 𝑠 , θ 𝑠 ,𝑢,𝑣 = 𝐿 𝑠 𝐸 𝑒 𝐿 𝑠 = 𝑖=0 𝑛 𝐵𝑅𝐷𝐹 λ 𝑖 α 𝑒 𝑖 , θ 𝑒 𝑖 , α 𝑠 , θ 𝑠 ,𝑢,𝑣 𝐸 𝑒 𝑖 + 𝑖=0 𝑛 𝐵𝑇𝐷𝐹 λ 𝑖 α 𝑒 𝑖 , θ 𝑒 𝑖 , α 𝑠 , θ 𝑠 ,𝑢,𝑣 𝐸 𝑒 𝑖 λ →espectro de cor α, θ →ângulo sólido (posição esfera) u,v → posição na superfície do material L → raio de luz em uma direção E → Quantidade de energia dos raios de luz de todas as direções. Conheça o BRDF explorer da Disney.

13 Goniofotômetro, aparelho usado
BSDF: Valores A vantagem de usar um modelo físico é que se pode medir a BSDF dos materiais com um equipamento adequado. Várias universidades fornecem os valores para BRDF e BTDF gratuitamente. Goniofotômetro, aparelho usado Para medir BRDF e BTDF

14 Cel Shading ou Toon Shading
Vai na direção contrária dos outros modelos de iluminação e tenta similar a iluminação de desenhos animados ou animações japonesas. Pode-se usar as mesmas equações anteriores com a única diferença que as cores devem ser quantizadas de forma similar ao que foi visto com Imagens. 1. Lambert 2. Gouraud 3. Quantização (populosidade)

15 Exercícios Exercícios 10, 11, 13, 15. pp. 455 à 457.
Fundamentos da Computação Gráfica (3° Edição) Autores: Jonas Gomes & Luís Velho. Editora: IMPA. Ano: 2015. ISBN:

16 Fim