La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Informatia Grafica a.a. 2012-2013 DICGIM – University of Palermo Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica Modelli di riflessione.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Informatia Grafica a.a. 2012-2013 DICGIM – University of Palermo Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica Modelli di riflessione."— Transcript della presentazione:

1 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica Modelli di riflessione della luce Prof. Roberto Pirrone 29 novembre 2012

2 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Sommario Generalità sui modelli di riflessione della luce Definizione di BRDF Modello di Blinn-Cook-Torrance Geometria della superficie Termine di shadowing/masking Geometria del punto di vista Coefficiente di Fresnel Pre-calcolo della BRDF Modello fisico della riflessione diffusa 29 novembre 2012

3 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Generalità In genere un renderer (cioè una catena di elaborazione per la resa foto-realistica di scene sintetiche) si basa sullutilizzo di modelli di riflessione locale della luce arricchiti da texture- mapping, DSV e generazione di ombre proiettate. A dispetto dellesistenza di tecniche di simulazione della riflessione globale tra superfici e di modelli avanzati per la riflessione locale, il modello di Phong è il più utilizzato per via del suo basso onere computazionale. 29 novembre 2012

4 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Generalità Il modello di Phong conferisce alle superfici laspetto di una plastica molto lucida, ma non riesce a rendere correttamente molti materiali, ad es. quelli di tipo metallico. Altre limitazioni sono quelle legate alla leggera variazione del colore dello spot di luce riflessa su una superficie metallica al variare dellangolo della luce incidente. Analizzeremo alcuni modelli più dettagliati di quello di Phong. 29 novembre 2012

5 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Riflessione perfettamente speculare La riflessione speculare perfetta è regolata dal coefficiente di Fresnel F che indica la percentuale di luce riflessa rispetto ad una certa intensità I incidente. 29 novembre 2012

6 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Riflessione da superficie imperfetta Una superficie reale esibisce diverse imperfezioni: Sporcizia (opacità locali e irregolari) Rugosità Allora si può cercare di migliorare il modello della superficie assumendo che sia composta da una congerie di micro-facce piane orientate in maniera casuale, in genere secondo una distribuzione gaussiana, rispetto ad un orientamento medio, macroscopico, della superficie stessa. 29 novembre 2012

7 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Riflessione da superficie imperfetta 29 novembre 2012

8 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Bi-directional reflectance distribution function BRDF Una BRDF è una funzione che descrive, in funzione degli angoli di zenit e azimut ( ) la variazione dellintensità di luce riflessa da un elemento di superficie, per data direzione dellilluminante L ed al variare della direzione di vista V. 29 novembre 2012

9 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo BRDF Una BRDF diversa va calcolata per ogni L Una BRDF può essere Isotropa (non dipendente da in e in ) allora va bene il plot bidimensionale sul piano individuato da L e R Anisotropa (nel caso contrario) Una BRDF non può essere, in genere, determinata analiticamente, ma va rilevata sperimentalmente e dipende dalle lunghezze donda contenute nella luce incidente. 29 novembre 2012

10 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo BRDF 29 novembre 2012

11 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo BRDF I vari modelli di riflessione locale sono, essenzialmente, modelli di BRDF che cercano di tenere in considerazione gli effetti di un materiale reale. I modelli di BRDF sono di due categorie: Basati su considerazioni fisiche legate alle leggi di riflessione della luce Basati su considerazioni empiriche (semplici modelli matematici) Il modello di Phong (1975) è un modello empirico di BRDF isotropa, in cui la componenete di riflessione diffusa (costante) si somma a quella speculare che decade velocemente intorno alla direzione di riflessione R. Si può affermare che BRDF=f( ref, ref ). 29 novembre 2012

12 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Modello di Blinn, Cook-Torrance Blinn (1977), Cook e Torrance (1982) Il modello modella le varie componenti che concorrono alla riflessione: La geometria della superficie Langolo di incidenza della luce sulla superficie Le proprietà elettro-ottiche del materiale (coefficiente di Fresnel) 29 novembre 2012

13 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Geometria della superficie Si assume una superficie costituita da micro- facce piane variamente inclinate rispetto alla normale media N alla superficie secondo una distribuzione gaussiana. Un coefficiente D valuta il numero di facce che contribuiscono alla riflessione della luce nella direzione di V. 29 novembre 2012

14 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Geometria della superficie Un modello più avanzato della rugosità usa una distribuzione di Beckmann-Spizzichino. H=(L+V)/2 è quel particolare valore della normale ad una micro-faccia rispetto alla quale la luce viene riflessa massimamente verso V. 29 novembre 2012

15 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Termine di shadowing/masking Masking : V è molto inclinato rispetto ad N e, a livello microscopico, una faccia ostacola la riflessione della luce nella direzione di V. Shadowing : L è molto inclinato rispetto ad N e, a livello microscopico, una faccia ostacola lincidenza della luce. 29 novembre 2012

16 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Termine di shadowing/masking 29 novembre 2012

17 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Geometria del punto di vista Via via che V diventa quasi perpendicolare ad N, losservatore percepisce la riflessione da un numero elevato di micro- facce e si ha un effetto di riverbero, ovvero un incremento locale dellintensità luminosa riflessa, contrastato dal termine di shadowing G s. Questo termine legato alla pura posizione del punto di vista si modella come 1/N·V. 29 novembre 2012

18 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Coefficiente di Fresnel Nel calcolo del termine di Fresnel valutato lungo la direzione di vista la superficie si considera liscia e non composta da una serie di micro-facce. Il calcolo di F per qualunque angolo di incidenza viene approssimato a partire dalla conoscenza di F 0 (misurato sperimentalmente per incidenza normale) 29 novembre 2012

19 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Coefficiente di Fresnel Il calcolo esatto tiene conto del fatto che cos = L H = V H stiamo determinando il contributo del coefficiente di Fresnel per riflessione nella direzione di osservazione H è la normale equivalente da considerare 29 novembre 2012

20 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo BRDF di Blinn, Cook-Torrance 29 novembre 2012

21 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo BRDF di Blinn, Cook-Torrance Shading di PhongShading di Blinn,Cook-Torrance 29 novembre 2012

22 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Pre-calcolo della BRDF Cabral (1987) Viene utilizzato per modellare le BRDF anisotrope (stoffa, metallo strofinato, etc.). Si calcola la BRDF per diverse direzioni di L, computandola su una superficie semisferica suddivisa in tasselli indicizzati dalla direzione di V. 29 novembre 2012

23 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Pre-calcolo della BRDF Si effettua il ray-tracing di un fascio di raggi, disposti casualmente, ma orientati secondo L. Tali raggi si fanno riflettere su un patch piano di superficie che abbia area molto maggiore di quella delle micro facce triangolari in cui è diviso. Lorientamento delle micro facce rispetto al piano di riferimento è perturbato da una bump map che, in genere, non deve rispettare il vincolo di gaussianità e, quindi, la distribuzione delle facce risulta anisotropa: BRDF=f( in, in, ref, ref ). 29 novembre 2012

24 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Pre-calcolo della BRDF (3) 29 novembre 2012

25 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Modello fisico della riflessione diffusa Hanrahan e Kreuger (1993) Dal punto di vista fisico, la riflessione diffusa si ottiene con il seguente processo: la luce viene assorbita (secondo certe lunghezze donda) dalla superficie del materiale, determinandone il colore; subito sotto la superficie delloggetto, si ha uno scattering, cioè una serie di riflessioni speculari ad una certa profondità secondo una distribuzione casuale delle direzioni; la luce assorbita riemerge dalla superficie in modo quasi isotropico. 29 novembre 2012

26 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Modello fisico della riflessione diffusa Il modello proposto si basa sulla presenza di due strati riflettivi sovrapposti. La luce riflessa è dovuta alla somma di due processi di scattering (simulati con tecniche probabilistiche) che avvengono sui due livelli Superficiale Sub-superficiale 29 novembre 2012

27 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Modello fisico della riflessione diffusa Si ottiene un comportamento anisotropo. La riflessione cresce al crescere dello spessore del materiale riflettente. Il comportamento più o meno isotropico della riflessione può essere controllato. Il lobo di riflessione della BRDF tende ad essere più piatto della semisfera ideale del modello di Lambert. 29 novembre 2012

28 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Modello fisico della riflessione diffusa 29 novembre 2012 The Digital Michelangelo Project:

29 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Modello fisico della riflessione diffusa 29 novembre 2012 Scansione a 1 mm: 4 milioni di poligoni

30 Informatia Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Modello fisico della riflessione diffusa 29 novembre 2012 Eccesso di impostazione della profondità nella simulazione dello scattering sub-superficiale. Effetto onice


Scaricare ppt "Informatia Grafica a.a. 2012-2013 DICGIM – University of Palermo Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica Modelli di riflessione."

Presentazioni simili


Annunci Google