II – Modelos Globais de Iluminação Escola Politécnica da USP Engenharia de Sistemas Eletrônicos Marcio Lobo Netto lobonett/courses/graduation/PSI5789

II – Modelos Globais de Iluminação

Escola Politécnica da USPEngenharia de Sistemas EletrônicosMarcio Lobo Netto http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789

Conceitos Avançados de Síntese de Imagens

Marcio Lobo Netto2002

AULA 03Modelos Globais de Iluminação

Universidade de São PauloEscola PolitécnicaEngenharia de Sistemas Eletrônicos


Escola Politécnica da USPEngenharia de Sistemas EletrônicosMarcio Lobo Netto

set. 2002 Conceitos Avançados de Síntese de Imagens 2http://www.lsi.usp.br/~lobonett/courses/graduation/PSI5789

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




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




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




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




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




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




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




Deficiências do modelo local




Deficiências do modelo local (2)

• Efeitos de transparência e reflexão especular não são verdadeiramente considerados– Artifícios como reflexion mapping podem ser usados









• Efeitos de sombra e penumbra são incompletos– Somente sombra (penumbra) por iluminação direta





• Efeitos do meio– Partículas em suspensão

• poeira• fumaça• nuvens

– Meios viscosos• líquidos




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)





• Espalhamento da luz

Incidente Emergente




Modelos globais de iluminação

• O conceito da iluminação indireta (global)– Interação direta entre objetos e fontes de luz e também

indireta entre objetos

Lr(ωr) = fr(ωi ,ωr)Li (ωi) cosi dωi









• conceito do balanço de energia luminosa– radiosity (escalar sem considerar direção)– radiance (vetorial considerando a direção)





• Interdependência– Distribuição luminosa– Troca de energia

entre as faces




Distribuição da energia luminosa

• Refinamento das superfícies em patches– Acuidade da

distribuiçãoda iluminação na superfície

– Cada patch é influenciado porvárias superfícies




Cálculo da iluminação

θ θ’

Φ

θ

dy

dx





dx

dy

dy1, 1’ dy2, 2’

dy3, 3’





H(x) = Li(x, θ, Φ) cos dω

dω = cos ’ dy / r2





• 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




B(x) = E(x) + ρd(x) . B(y){cos cos’ / r2} V(x, y)dy

y S

• Fator de visibilidadeV(x, y) = 0 se as superfícies não são mutuamente

visíveis

= 1 se as superfícies são mutuamente visíveis




B(x) = E(x) + ρd(x) B(y){cos cos ’ / r2} V(x, y)dy y S

• Fator de Forma Fij = (1/Ai) {cos cos ’ / r2} V(x, y)dydx

xi yj




Trabalho

• p/ próxima aula• Redigir um texto (~5 pag.) sobre

– RenderMan– OpenGL / OpenInventor

• Analisando– suas características– aplicações– limitações




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