simulação de iluminação volumétrica

Simulação de Iluminação Volumétrica

Trabalho de Graduação em Computação Gráfica

Aluno – Saulo A. Pessoa, sap@cin.ufpe.brOrientador – Sílvio de B. Melo, sbm@cin.ufpe.br

28 de agosto de 2007

Roteiro Introdução

Motivação Objetivos Relevância

Contextualização Solução Proposta

Interação entre luz e partículas Espalhamento da luz Modelo de shading Técnica de renderização

“Visultados” Conclusões Problemas Encontrados Trabalhos Futuros Referências

Motivação Indústrias demandam imagens e efeitos

realistas Cinema Jogos eletrônicos

[Pixar] [OffsetSoftware]

Motivação Advento das GPUs

Grande capacidade de processamento gráfico

Alguns fenômenos naturais ocorrem devido ao meio ser participativo Iluminação Volumétrica

Objetivos Revisão bibliográfica

Evolução e estado da arte sobre efeitos atmosféricos

Implementação Escolha e adaptação do modelo de shading Estudo das tecnologias de desenvolvimento

OpenGL, C++ Codificação do simulador interativo

Relevância Efeitos de iluminação volumétrica transmitem:

Atmosfera sombria Clima de mistério

Ideal para ser aplicado em jogos e filmes de terror/suspense

Atualmente, alguns motores de jogo já possuem luzes volumétricas] Torque Game Engine[Torque]

CryENGINE 2[Crytek]

[AlanWake]

Contextualização Inúmeros tipos de efeitos atmosféricos

ocorrem na natureza[Cowley03]

Variação da cor do céu durante o crepúsculo Iluminação Volumétrica Arco-íris Raios crepusculares Nuvens Neblina Etc.

Contextualização O que já foi feito?

[CosmicArk82] [Nishita87] [Jensen98] [Dobashi00] [Dobashi02] [James03] [Torque] [Mitchell04] [Zhu04]

Contextualização O que já foi feito?

[CosmicArk82] [Nishita87] [Jensen98] [Dobashi00] [Dobashi02] [James03] [Torque] [Mitchell04] [Zhu04]

Contextualização O que já foi feito?

[CosmicArk82] [Nishita87] [Jensen98] [Dobashi00] [Dobashi02] [James03] [Torque] [Mitchell04] [Zhu04]

Contextualização O que já foi feito?

[CosmicArk82] [Nishita87] [Jensen98] [Dobashi00] [Dobashi02] [James03] [Torque] [Mitchell04] [Zhu04]

Contextualização O que já foi feito?

[CosmicArk82] [Nishita87] [Jensen98] [Dobashi00] [Dobashi02] [James03] [Torque] [Mitchell04] [Zhu04]

Contextualização O que já foi feito?

[CosmicArk82] [Nishita87] [Jensen98] [Dobashi00] [Dobashi02] [James03] [Torque] [Mitchell04] [Zhu04]

Contextualização O que já foi feito?

[CosmicArk82] [Nishita87] [Jensen98] [Dobashi00] [Dobashi02] [James03] [Torque] [Mitchell04] [Zhu04]

Contextualização O que já foi feito?

[CosmicArk82] [Nishita87] [Jensen98] [Dobashi00] [Dobashi02] [James03] [Torque] [Mitchell04] [Zhu04]

Contextualização O que já foi feito?

[CosmicArk82] [Nishita87] [Jensen98] [Dobashi00] [Dobashi02] [James03] [Torque] [Mitchell04] [Zhu04]

Solução Proposta Interação entre luz e partículas[Biri02]

Modelo de shading Baseou-se em Dobashi[Dobashi00]

Técnica de renderização Similar as técnicas de renderização

volumétrica Utiliza texturas projetivas[Segal92]

Interação entre Luz e Partículas

Absorção Emissão Espalhamento Ajuntamento

Interação entre Luz e Partículas

Absorção Emissão Espalhamento Ajuntamento

‘

Interação entre Luz e Partículas Absorção

Expressa pela equação de Beer-Lambert:

Onde = coeficiente de extinção (proporcional à

densidade das partículas) = distância

tet )(

t

Interação entre Luz e Partículas Espalhamento da luz

Espalhamento de Mie Ocorre quando o tamanho das partículas é grande

comparado com o comprimento de onda da luz Modelado por uma função de fase

Onde = constante = ângulo de fase

))2

(cos91()( 16 KF

K α

fonte de luz

P

Io

Ip

Modelo de Shading Sem espalhamento atmosférico

)(TII oc

T

fonte de luz

objeto

câmera

Ic Io

Modelo de Shading Com espalhamento atmosférico

Onde = função de visibilidade = intensidade luminosa que alcança o ponto

α

t

T

r

fonte de luz

objeto

câmera volume de luz

PIc

Ip

Io

T

poc dttrIrHFTII0

)()()()()(

)(rH

)(rI p

Discretizando

câmera

planos de amostragem

plano de projeção

volume de vizualização

geometria do tipo GL_QUAD

n

kkkkks trHII

1

)()(),(

tr

eFt

k

trk

k

kk

2

)()()(

ttrIrHFIn

kkkpkks

1

)()()()(

Função de Visibilidade e de Iluminação

fonte de luz

objeto

plano de projeção da fonte de luz

mapa de profundidade

câmera

plano de amostragem

plano de projeção da fonte de luz

fonte de luz

plano de projeção

blending aditivo

mapeamento projetivo

x =

mapa de visibilidade

mapa de iluminação

mapas combinados

(a) Criando mapa de profundidade

blending multiplicativo

(b) Criando mapa de visibilidade

(c) Combinando mapas (d) Mapeando mapa combinado

mapa de visibilidade

“Visultados”

= 50, QUADs = 30x30, = 0.9, = 20, = 0.04, fps = 28 K tn

“Visultados”

= 40, QUADs = 30x30, = 0.5, = 30, = 0.07, fps = 37 K tn

“Visultados”

= 55, QUADs = 10x10, = 0.2, = 25, = 0.05, fps = 28 K tn

Conclusões Método proposto obtém bons resultados

visuais Modelo fisicamente mais correto

O método é adequado para aplicação em jogos eletrônicos Custo Computacional x Qualidade Visual

Problemas Encontrados Faixas

Interseção entre planos de amostragem e geometria da cena

Aliasing Mapas de iluminação com

altas freqüências

Quantização Baixa precisão do

color buffer

Função de visibilidade Perpendicularidade entre

direção da luz e planos de amostragem

Problemas Encontrados Faixas

Interseção entre planos de amostragem e geometria da cena

Aliasing Mapas de iluminação com

altas freqüências

Quantização Baixa precisão do

color buffer

Função de visibilidade Perpendicularidade entre

direção da luz e planos de amostragem

Problemas Encontrados Faixas

Interseção entre planos de amostragem e geometria da cena

Aliasing Mapas de iluminação com

altas freqüências

Quantização Baixa precisão do

color buffer

Função de visibilidade Perpendicularidade entre

direção da luz e planos de amostragem

Problemas Encontrados Faixas

Interseção entre planos de amostragem e geometria da cena

Aliasing Mapas de iluminação com

altas freqüências

Quantização Baixa precisão do

color buffer

Função de visibilidade Perpendicularidade entre

direção da luz e planos de amostragem

Trabalhos Futuros Tratar o caso em que densidade das partículas é

variável

Utilizar shaders programáveis para aumentar a performance

Resolver os problemas visuais encontrados

Tratar o caso em que a fonte de luz é onidirecional

Combinar o efeito de iluminação volumétrica com outros efeitos

Referências [Pessoa07]. “Simulação de Iluminação Volumétrica”. Trabalho de Graduação em

Computação Gráfica.

[Pixar]. Disponível em: http://www.pixar.com/index.html. Último acesso: 26/07/2007.

[OffsetSofware]. Disponível em: http://www.projectoffset.com/. Último acesso: 27/07/2007.

[AlanWake]. Disponível em: http://www.alanwake.com/. Último acesso: 26/07/2007.

[Cowley]. L. Cowley. “Atmospheric Optics”. Disponível em: http://www.atoptics.co.uk/. Último acesso: 31/07/2007.

[Nishita87]. T. Nishita, Y. Miyawaki e E. Nakamae. “A shading model for atmospheric scattering considering luminous intensity distribution of light sources”. In SIGGRAPH ’87: Proceedings of the 14th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, pages 303–310, New York, NY, USA, 1987. ACM Press.

[Jensen98]. H. Jensen e P. Christensen. "Efficient Simulation of Light Transport in Scenes with Participating Media using Photon Maps". In Proceedings of SIGGRAPH'98, pages 311-320, Orlando, July 1998.

[Dobashi00]. Y. Dobashi, T. Yamamoto e T. Nishita. “Interactive rendering method for displaying shafts of light”. In PG ’00: Proceedings of the 8th Pacific Conference on Computer Graphics and Applications, page 31, Washington, DC, USA, 2000. IEEE Computer Society.

Referências [Dobashi02]. Y. Dobashi, T. Yamamoto e T. Nishita, "Interactive Rendering of

Atmospheric Scattering Effects Using Graphics Hardware," Graphics Hardware, 2002. 

[James03]. R. James. “Graphics programming methods”, cap. 3.12 “True volumetric shadows”. Charles River Media, Rockland, MA, USA. 2003.

[Torque]. Disponível em: http://www.garagegames.com/. Último acesso: 16/08/2007.

[Zhu04]. Y. Zhu, G. Owen, F. Liu e A. Aquilio. “Gpu-based volumetric lighting simulation”. In CGIM ’04: Proceedings of The 7th IASTED International Conference on COMPUTER GRAPHICS AND IMAGING, page 479, Kauai, Hawaii, USA, 2004. IASTED/ACTA Press. 

[Mitchell04]. J. Mitchell. “ShaderX3: Advanced Rendering with DirectX and OpenGL”, cap. 8.1 “Light Shaft Rendering”. Charles River Media. 2004.

[Biri02]. V. Biri, S. Michelin e D. Arquès. “Real-Time Animation of Realistic Fog”. Thirteenth Eurographics Workshop on Rendering, 2002.

[Segal92] M. Segal, C. Korobkin, R. V. Widenfelt, J. Foran e P. E. Haeberli. “Fast Shadows and Lighting Effects Using Texture Mapping”. Computer Graphics, Vol. 26, No. 2, pages 249-252, 1992.

Simulação de Iluminação Volumétrica

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