PEE 5789 Conceitos Avançados de Síntese de Imagens AULA 02 Modelos Locais de Iluminação http://www.lsi.usp.br/~lobonett/academic/pee-5789 Marcio.

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1 PEE Conceitos Avançados de Síntese de Imagens AULA 02 Modelos Locais de Iluminação Marcio Lobo Netto LSI - PEE - EPUSP Universidade de São Paulo PEE 5789

2 Objetivo desta aula Apresentar o modelo da camera fotográfica
Estudo da luz, de sua interação com a superfície de objetos e o processo de obtenção de imagens Modelos físicos aula 02 PEE 5789

3 O que é Síntese de Imagens?
Síntese de imagens é uma forma de gerar imagens usando simulação computacional. A qualidade da imagem depende da qualidade do modelo usado para a simulação acuidade geométrica do modelo acuidade da representação do fenômeno físico de iluminação outras aula 02 PEE 5789

4 Porque Estudar Síntese de Imagens?
aula 02 PEE 5789

5 Conceito da simulação do processo físico de obtenção de imagens
analogia da camera fotográfica / filmadora estudo dos processos de emissão de luz (fontes luminosas) interação da luz com superfícies (reflexão, especular e difusa) interação da luz com o meio em que se propaga o processo de formação da imagem como registro da informação trazida pela luz métodos computacionais p/ simulação do conceito acima formas de obtenção de imagens a partir do cenário 3D projeção amostragem níveis de complexidade da simulação modelos locais de iluminação modelos globais de iluminação aula 02 PEE 5789

6 Analogia da camera fotográfica
Processo de formação da imagem registro de um espaço 3D virtual (cena) num espaço 2D (imagem) método de projeção método de amostragem simulação dos parâmetros da camera como foco, abertura, ... (RenderMan) Em animação analogia da camera de cinema consideração do movimento na síntese da imagem movimento da camera ou de objetos no cenário aula 02 PEE 5789

7 método de projeção artifício, iluminação simulada parcialmente (alguns aspectos) transformação geométrica 3D => 2D (multiplicação matricial) tipos: paralela / perspectiva divisão por z (profundidade), se perspectiva no espaço 3D: cálculo da iluminação (modelos de iluminação) no espaço 2D: sombreamento aula 02 PEE 5789

8 método de projeção projeção paralela projeção perspectiva aula 02
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9 método de amostragem simulação física da propagação da luz ou de energia observação da cena via luz ou transporte de energia iluminação integrada no processo de simulação aula 02 PEE 5789

10 método de amostragem ray tracing aula 02 PEE 5789

11 Conceito Físico da Luz Modelo de onda eletromagnética
fenômenos previstos fenômenos não previstos Modelo de partículas aula 02 PEE 5789

12 Estudo da luz E = Eoe-j(kx + wt) H = Hoe-j(kx + wt)
natureza ondulatória da luz campo eletromagnético (H x E) equações de Maxell E = Eoe-j(kx+wt) propagação via frente de onda: difração polarização componentes espectrais natureza de partículas da luz fluxo de luz partículas / seção / segundo dualidade partícula - onda pacote de onda E = Eoe-j(kx + wt) H = Hoe-j(kx + wt) aula 02 PEE 5789

13 Estudo da luz (2) Emissão de luz
fontes de luz Interação da luz com o meio em que se propaga atmosfera ou líquidos scatering (ocorre na dimensão do comprimento da luz) aula 02 PEE 5789

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15 Estudo da luz (3) Interação da luz com superfícies (matéria) reflexão
especular, difusa, combinada, gloss especular difusa mista gloss BRDF BRDF: bi-directional reflection distribution function refração mudança da velocidade da luz => lei de Fresnel aula 02 PEE 5789

16 Estudo da luz (4) fr(ωi ωr) = dLr(ωr) dLi (ωi) cosi dωi
Interação luz - matéria análise microscópica scatering análise macroscópica modelo especular modelo difuso modelo combinado BRDF fr(ωi ωr) = dLr(ωr) dLi (ωi) cosi dωi aula 02 PEE 5789

17 Radiometria e Fotometria
ciência da medida física da energia eletromagnética unidades do SI: energia Joules potência Watts Fotometria medida psico-física da sensação visual aula 02 PEE 5789

18 Simulação usando modelos locais de iluminação
o conceito da iluminação direta (local) interação direta e exclusiva entre objetos e fontes de luz modelos de interação superfície - luz BRDF: modelos simples e refinados métodos de iluminação e sombreamento flat Gouraud (escalar) - difusa Phong (vetorial) - difusa e especular métodos de interpolação (escalares e vetoriais) conceito de geração da imagem métodos de projeção (usado p/ modelos locais) métodos de amostragem (usado p/ modelos globais) bom exemplo: Renderman / produção: Toy Story aula 02 PEE 5789

19 Modelos locais de iluminação
o conceito da iluminação direta (local) interação direta e exclusiva entre objetos e fontes de luz Lr(ωr) =  fr(ωi ωr)Li (ωi) cosi dωi  aula 02 PEE 5789

20 Modelos de interação superfície - luz
métodos de iluminação e sombreamento flat Gouraud (escalar) - difusa Phong (vetorial) - difusa e especular métodos de interpolação (escalares e vetoriais) Gouraud Phong aula 02 PEE 5789

21 Dependência do observador
reflexão difusa pode ser calculada sem conhecimento da posição do observador view dependent (radiosity) valor escalar atribuído pela integral de toda a luz incidente naquela parte da superfície, sem considerar direção de reflexão consideração do ângulo de incidência de cada componente a luz é refletida igualmente em todas as direções aula 02 PEE 5789

22 Dependência do observador
reflexão especular para ser calculada depende da posição do observador view independent (ray tracing) valor vetorial atribuído pela integral de toda a luz incidente naquela parte da superfície, considerando o ângulo da componente refletida consideração do ângulo de incidência para cada componente incidente consideração do ângulo de reflexão para cada componente refletida a luz é refletida preferencialmente numa única direção para observação desta componente é necessário conhecer sua relação com a orientação do observador aula 02 PEE 5789

23 Relação entre métodos de geração de imagens e modelos de iluminação
métodos de projeção (usado p/ modelos locais) métodos de amostragem (usado p/ modelos globais) bom exemplo: Renderman / produção: Toy Story FIGURA aula 02 PEE 5789

24 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 aula 02 PEE 5789

25 RenderMan aula 02 PEE 5789

26 aula 02 PEE 5789

27 aula 02 PEE 5789

28 aula 02 PEE 5789

29 aula 02 PEE 5789

30 Bibliografia Principles of Digital Image Syntesis (vol. 2)
Andrew Glassner Radiosity & Global Energy Simulation Francois Silion Radiosity and Realistic Image Synthesis Michel Cohen Notas de aula Notas de cursos e papers do SIGGRAPH aula 02 PEE 5789