Iluminação Global do Volume

Engel et al. – Capítulo 6

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Equação de Rendering Volum étrica

dsesqeIDI

D

s

o

D

s

dttD

s

dtt ∫+

∫=

−−

∫)()(

0 )()( 0

κκ

(reflexõesdifusas/espalhamentosde saída)

(reflexõesdifusas/espalhamentos de entrada)

Capítulos 3 e 4: semfontes externas

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Esquema de Composição

iiii Ccc +−= − )1(1 α

1−iciiC α,

ic

∑ ∏= +=

−=n

i

n

ijjji xxTcDI

0 11 ),()(

),( 1 jjj xxTT −=

jj T−= 1α

Transparência:

Opacidade:

)( 00 xIc =

Back to Front

Cor associada

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Modelo de Iluminação Local

sem atenuaçãoIsovalor

gradiente

Capítulo 5: com fonteexterna

IA369E – 2s2011 - Ting http://http.developer.nvidia.com/GPUGems/gpugems_ch39.html

Superfície x Volume

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Superfície x Volume

Meio de propagação: vácuoTipo de interações: reflexões (BRDF)

Meio de propagação: partículasTipo de interações: reflexões, refrações(Funções de Fase )

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Equação de Rendering Volum étrica

dsesqeIDI

D

s

o

D

s

dttD

s

dtt ∫+

∫=

−−

∫)()(

0 )()( 0

κκ

1. domina a influência do interior do volume sobreos raios que o atravessam;

2. Indeterminação naestimativa de normaisem regiõeshomogêneas.

(reflexõesdifusas/espalhamentosde saída)

(reflexõesdifusas/espalhamentos de entrada)

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Iluminação Global

(reflexões especulares)

(refrações)

(reflexões difusas)

(absorções) Modelos físicos apresentamcusto computacional muito

alto!!!

Métodos heurísticosbaseados em observações.

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Reflexões Difusas no Volume

simples simples com

atenuações

difusas/múltiplas

Iluminação Local Iluminação Global

Scattering = reflexões + refrações

Isovalor

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BRDFbidirecional reflectance distribution function

www-graphics.stanford.edu/~smr/brdf/bv/

Para uma superfície Lambertiana (perfeitamente difusa), BRDF é constante:

irradiância

radiância

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Funções de Fase

'cos ωωθ =• Descrevem a “geometria” das radiações refletidas em

volta de cada amostra. São dependentes de e do comprimento de onda.

Função de Fase (axialmente) simétrica

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Funções de Fase Sim étricas

'cos ωωθ =

Textura 1D

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Função de Fase Henyey-Greenstein

),( gG θ

),0(

),(),('

)cos21(4

1),(

232

2

gG

gGgG

gg

ggG

θθ

θπθ

=

−+

−=

anisotropia

• Independe dos comprimentos de onda

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Funções de Fase Henyey-Greenstein

232

2

)cos21(4

1),(

θπθ

gg

ggG

−+

−=

),0(

),(),('

gG

gGgG

θθ =079.0

4

1)0,0( ==

πG

58.3))8.0(28.01(4

8.01)8.0,0(

2/32

2

=−+

−=π

G1),0(' =gG

ωω

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Funções de Fase Mie

http://www.philiplaven.com/index1.html

300 comprimentos de onda

• Depende dos comprimentos de onda

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Exemploα−=1g

Henyey-GreensteinLuz do fundo (00)

Henyey-GreensteinLuz frontal (18O0)

Henyey-GreensteinLuz frontal (450)

Henyey-Greenstein+ Mie

Exercício: Compare BRDF e Funções de fase.

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Transporte de Radiações

),( ωxqr

),(),()),(),((),( ωωωσωκωω xqxIxxxIx

rrrrrr ++−=∇•

∫ Ω+esfera

dxIxpx ')',(),',()',( ωωωωσ rrr

),(),(),()),(),((),( ωωωωσωκωω xjxqxIxxxIx

rrrrrrr +++−=∇•

),( ωxjr

),(),( ωωκ xIxrr

xr

),(),( ωωσ xIxrr

),( ωω xIx

rr∇•

1'),',(4

1 =Ω∫ dxpesfera

ωωπ

r

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Reflexões Difusas no Volume

simples simples com

atenuações

difusas/múltiplas

Iluminação Local Iluminação Global

Scattering = reflexões + refrações

Isovalor

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Transporte Direto

shadow ray cruza m voxels

Atenuaçãoem shadow volume

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Alternativa 1: Shadow Volume

Overhead: Pré-computaras intensidadesluminosas em voxels e armazená-las emshadow volume.Compromisso: demandade memória; attenuation leakage.

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Complexidade

n amostras

Shadow ray

Viewing ray

m amostras

Complexidade: O(nm)

n amostrasViewing ray

Complexidade: O(n+m)

Exercício: Justifiqueestas complexidades.

Valores pré-computados emshadow volume

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Alternativa 2: Half-Edge Slicing Technique

eye buffer

light bufferlight buffer

eye buffer

Passo 1: gerar light buffer Passo 2: gerar eye buffer

2 buffers:• eye buffer: composição dos voxels ao longo dos raios de visão• light buffer: composição das atenuações ao longo dos raios de luz

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Alternativa 2: Half-Edge Slicing Technique

Composição front-to-back Composição back-to-front

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IA369E – 2s2011 - Ting Exercício: Explique cada linha do código.

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Volumes Translúcidos

Modelo Óptico de Multi-espalhamento (reflexões

difusas)

Modelo Óptico de Reflexãoe Tonalização (reflexõessimples em isovalores)

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Reflexões e Refrações

simples simples com

atenuações

difusas/múltiplas

Iluminação Local Iluminação Global

Scattering = reflexões + refrações

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Transporte de Radiações

),( ωxqr

),(),()),(),((),( ωωωσωκωω xqxIxxxIx

rrrrrr ++−=∇•

∫ Ω+esfera

dxIxpx ')',(),',()',( ωωωωσ rrr

),(),(),()),(),((),( ωωωωσωκωω xjxqxIxxxIx

rrrrrrr +++−=∇•

),( ωxjr

),(),( ωωκ xIxrr

xr

),(),( ωωσ xIxrr

),( ωω xIx

rr∇•

1'),',(4

1 =Ω∫ dxpesfera

ωωπ

r

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Uma Aproximação

Composição front-to-back Composição back-to-front

• Contribuições diretas + contribuições indiretas devido àsreflexões difusas de cada elemento.

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Uma Aproximação

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Uma Aproximação

Situação real Situação aproximada

Exercício: Explique com base na Seção 6.3.3 umaalternativa para sintetizar o efeito de translucência.

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Equação de Rendering Volum étrica

dsesqeIDI

D

s

o

D

s

dttD

s

dtt ∫+

∫=

−−

∫)()(

0 )()( 0

κκ

)( 00 sII =

s

0sD

)(DI )( 0sq)( 2sq

1s

)( 1sq

2s

∫=2

1

)(),( 21

s

s

dttss κτ

Profundidade óptica

Transparência TT−=1α

Opacidade

simplificação

Opacidade direta ouAtenuação (absorção + transporte): Acromática

)(1 sd e τα −−=

Opacidade indireta ou Atenuaçãoindireta (absorção): Cromática

)(1 si

ie τα −−=Cor transportada

)( 2sq

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Atenuações Crom áticas e Acrom áticas

∑=

+−=

−=N

jjijijdjdii

ddd

LLL

LL

1,,,, )()1('

)1('

ωωα

α

N amostras adjacentes

N

PN

jdjd

ji

))((

1

,

,

ααθω

ω

−=

=Pesos de Ponderação

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with appropriate texture coordinates.

(I’=(Li+Ld) I0.

direct and indirect attenuations.

(next).

(Li,R, Li,G, Li,B, Ld).

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Interface de Especificação

É mais intuitivo especificar “o que se espera ver” do que “o que se espera absorver”.

Transparência ou Opacidade?

Exercício: Com base na Seção 6.3 explique por quêa transparência é um parâmetro mais “intuitivo”.

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Efeitos Visuais

Cor refletida/espalhada contém mais azul

Cor transportada contém mais vermelho

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Real x (Reflexões Difusas + Atenuação Crom ática)

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Atenuação Crom ática x Atenuação Direta

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Modelovolumétricocom fonteexterna, atenuaçõesdiretas e indiretas

Modelovolumétricosem fontesexternas

Modelo de iluminaçãolocal Modelo

volumétricocom fonteexterna, atenuaçõesdiretas e indiretas, modelo de iluminaçãolocal nasfolhas

Exercício: Compare os modelos de iluminação (Seção 6.4)