DGI/SUDOA - 060329
Belysningsmodeller (lokala och globala) Kort om texturer
Rendering equation
Den historiska utvecklingen
1. Enkla modeller som utvärderades genom att göra enkla bedömningar 2. Mera sofistikerade metoder
a. Arbeta med fysiken
b. Olika typer av avancerade knep och tekniker
Globala - lokala belysningsmodeller
I lokala belysningsmodeller tar man bara hänsyn till den aktuella ytan, var ljuskällan befinner sig och var betraktaren befinner sig.
Man tar inte hänsyn till var andra objekt är, om de kan reflektera ljus vidare etc, vilket man alltså gör i globala
belysningsmodeller
Lokala belysningsmodeller
• Snabbt
• Blir ofta tillräckligt bra, man provar sig fram och bedömer resultatet
• Hårdvarustöd finns ofta
• Många effekter kan fejkas och läggas till
Globala belysningsmodeller
Man får effekter som är svåra att ordna med lokala belysningsmodeller, såsom
• Skuggor
• Borttagning av skymda ytor
• Reflektioner (i flera steg)
• Genomskinlighet
• Mer sofistikerad belysning
http://www.graphics.cornell.edu/research/intro/BRDF.jpg
Blinn, SIGGRAPH77 Blinn, SIGGRAPH77
Lokala belysningsmodell enligt Phong
Tre termer som läggs ihop:
• Allmän ljus
• Diffus reflektion
• Spegelreflektion
θ θ
l φ v
n r
Allmän ljus
Ia = ka ∗ La
0< ka <1
Diffus reflektion
Id = kd ∗ Ld ∗ cosθ = kd ∗ Ld ∗ (lon)
Spegelreflektion
Is = ks ∗ Ls ∗ (cosφ)α = ks ∗ Ls ∗ (rov)α
Phongs belysningsmodell
I = Ia + Id + Is
= ka ∗ La + kd ∗ Ld ∗ (lon) + ks ∗ Ls ∗ (rov)α Med avståndsfaktor, d (attenuation):
I = ka ∗ La + 1/(a+b∗d+c∗d2) ∗ (kd ∗ Ld ∗ (lon) + ks ∗ Ls ∗ (rov)α )
Phongs belysningsmodell och Phong shading är två olika saker!
Polygon shading buktiga objekt beskrivna av
små polygoner
• Flat shading
• Gouraud shading
• Phong shading
Flat shading
Gouraud shading Phong shading
n1
n2 n3
n4 n
n = Σnk/M (M=4 i detta exempel) Räkna ut intensiteten i hörnpunkten med Phongs belysningsmodell
Gouraud shading
1. Interpolera intensiteter längs sidorna 2. Interpolera längs sveplinjerna
1
2
Phong shading
1
Småuppgift nr 4
Diskutera med bänkgrannen
Hur mycket mer arbete är det med Phong shading jämfört med Gouraud shading. Försök göra en grov uppskattning.
Skicka din lösning till mig, lassekj@nada.kth.se, senast 060404 som word eller pdf-fil
Värde på tentan: 2p
Texture mapping Texture mapping
Fotorealism
Man har som målsättning att göra bilder som ser ut som fotografier
(som inte kan skiljas från fotografier)
För detta behöver man normalt globala belysningsmodeller
Ray tracing (strålföljning)
Kamera/betraktare
En stråle ska följas för varje pixel på skärmen Skärm/bildyta
För varje stråle
Inkommande stråle
Reflekterad stråle (ska följas rekursivt) Transmitterad stråle
(ska följas rekursivt)
Skuggstråle
Radiosity
I radiosity antar vi att alla ytor strålar ut ljus, som vi summerar för att få totala intensiteten.
Radiosity gör det möjligt att få med saker som saknas i strålföljning såsom diffusa ytor.
Radiosity hanterar i sin grundform enbart diffus reflektion.
Spegelreflektion får läggas till separat.
Belysning enligt radiosity beräknas oberoende av betraktelsepunkt. Det betyder att betraktaren kan gå runt i scenen utan att belysningsberäkningarna behöver görs om.
Enbart borttagning av skymda ytor måste göras om.
Cornell, 1988
Diskretisera scenen
Alla små ytor får stråla på varandra
Bi = Ei + ρi Σ Bj F j-i (Ai/Aj)
Total energi = emitterad energi + reflekterad energi
Ekvationen ovan ger ett diagonaltungt linjärt ekvationssystem, som kan lösas med iterativa metoder.
Matrislösning
Småuppgift nr 5
Diskutera följande med bänkgrannen
I globala belysningsmodeller försöker man ersätta den enkla ekvationen
I = Ia + Id + Is
Man kan säga att ray tracing respektive radiosity koncentrerar sig på att förbättra vissa termer i den enkla ekvationen ovan.
Vilka/vilken för respektive metod?
Skicka din lösning till mig, lassekj@nada.kth.se, senast 060404 som word eller pdf-fil
Värde på tentan: 2p
Exempel från Cornell
http://www.graphics.cornell.edu/online/tutorial/radiosity/
Ray tracing
Radiosity
Cornell, 1987 Kombination av Radiosity och Ray tracing
