Computer Graphics Marco Tarini Università dellInsubria Facoltà di Scienze MFN di Varese Corso di Laurea in Informatica Anno Accademico 2006/07 Lezione.

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1 Computer Graphics Marco Tarini Università dellInsubria Facoltà di Scienze MFN di Varese Corso di Laurea in Informatica Anno Accademico 2006/07 Lezione 10: la L di T&L

2 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Lighting Laltra metà del rendering Determinare la luce –quanta luce –di che colore che arriva –da un punto della scena –allocchio Problema complesso...

3 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Lighting: alcuni fattori LUCE OCCHIO OGGETTO trasmissione (con rifrazione) assorbimento riflessione interna assorbimento da parte del mezzo (e.g. nebbia) scattering sotto la superficie ALTRA LUCE blocker in ombra riflessione raggio incidente

4 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Lighting: alcuni fattori LUCE OCCHIO OGGETTO riflessioni multiple (illuminazione indiretta)

5 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Lighting: globale VS locale –tiene conto solo di: condizioni di luce –N. luci –loro pos –loro colore pezzetto della superficie da illuminare –orientamento (normale) –caratteristiche ottiche »per es, colore –il resto del mondo non cè –riflessioni multiple –ombre –scattering sottosuperficiale –rifrazione –... Illuminazione locale Illuminzione globale torna molto più facile da fare con il nostro Hardware

6 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Lighting locale LUCE OCCHIO OGGETTO rifelssione raggio incidente

7 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Cosa è facile fare Illuminazione locale: –riflessioni della luce su oggetti con proprietà ottiche molto semplici –con multiple fonti di luci ma molto semplici: puntiformi Illuminazione globale: –riflessioni multiple in maniera BRUTALMENTE approssimata –assorbimento da parte del mezzo assunzioni semplificanti (nebbia uniforme) –tutto il resto solo "a fatica" escogitando algoritmi ad-hoc che si adattano al nostro l'HW

8 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a I 3 addendi nel modello di Lighting di OpenGL luce finale = ambiente + riflessione + emissione per ogni addendo, ho una componente R, G e B. definite sia per l'oggetto, (sotto forma di attributi per vertice) sia per ogni luce che uso le proprieta ottiche dell'oggetto, (di solito sono attributi per vertice) nel loro insieme sono dette il suo "materiale" terminologia OpenGL

9 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente emissione LEDs, lampadine... Non dipende dalle luci –solo dall'oggetto E solo una componente additiva –costante per R, G e B Nota: non manda luce ad oggetti vicini –non e illuminazione globale –per fare cio, devo aggiungere una altra luce

10 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a I 3 addendi nel modello di Lighting di OpenGL luce finale = ambiente + riflessione + emissione

11 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente ambiente Modella (grossolanamete) la luce che arriva attraverso rifelssioni multiple Assunzione: "un pò di luce raggiunge da tutte le direzioni ogni superficie" –anche quelle in ombra Piccola costante additiva –non dipende dalla normale della superficie

12 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente ambiente prodotto fra: –colore ambient del materiale ( R M G M B M ) –colore ambient della luce ( R L G L B L ) Nota: possono essere colori RGB diversi –prodotto componente per componente

13 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente ambiente Modella (grossolanamete) la luce che arriva da tutte le direzioni attraverso rifelssioni multiple senza con

14 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a I 3 addendi nel modello di Lighting di OpenGL luce finale = ambiente + riflessione + emissione riflessione diffusa + riflessione speculare solo componente ambient

15 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a I 4 addendi nel modello di Lighting di OpenGL luce finale = ambiente + riflessione diffusa + riflessione speculare + emissione

16 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione diffusa Esibita nella realtà da (per es): –gesso –legno (quasi) –materiali molto opachi (nel senso di "non lucidi") Detta anche –diffuse reflection –Lambertian reflection Johann Heinrich Lambert 1728 - 1777

17 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione diffusa La luce che colpisce una superficie Lambertiana si riflette in tutte le direzioni (nella semisfera) –nello stesso modo

18 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione diffusa La luce che colpisce una superficie Lambertiana si riflette in tutte le direzioni (nella semisfera) –nello stesso modo

19 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione diffusa La luce che colpisce una superficie Lambertiana si riflette in tutte le direzioni (nella semisfera) –nello stesso modo

20 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione diffusa Dipende solo da: –l'orientamento della superficie (la "normale") –la direzione della luce del raggio incidente

21 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione diffusa Dipende solo da: –l'orientamento della superficie N (cioè la sua "normale") –la direzione della luce L (cioé del raggio incidente) R, G, B (spesso, bianco: 1,1,1) R, G, B (il "colore" dell'oggetto) moltiplicazione componente per componente

22 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a fa parte del "materiale" (caratteristica dell'oggetto) Componente riflessione diffusa Dipende solo da: –l'orientamento della superficie N (cioè la sua "normale") –la direzione della luce L (cioé del raggio incidente)

23 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione diffusa Dipende solo da: –l'orientamento della superficie N (cioè la sua "normale") –la direzione della luce L (cioé del raggio incidente)

24 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione diffusa Dipende solo da: –l'orientamento della superficie N (cioè la sua "normale") –la direzione della luce L (cioé del raggio incidente) se angolo é compreso fra 0 e 90, else: 0, (oggetto in ombra di se stesso)

25 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione diffusa L N componente diffusa piccola =70 L N componente diffusa grande =35 L N componente diffusa massima =0

26 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione diffusa L N componente diffusa ZERO =90 L N componente diffusa ZERO >90 (la superficie è nella propria stessa ombra)

27 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione diffusa Proprietà –modello fedele delle caratteristiche ottiche di alcuni materiali reali –ma di pochi materiali –modello fisicamente coerente per es, conserva l'energia –molto semplice da calcolare

28 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a I 4 fattori che consideriamo luce finale = ambiente + riflessione diffusa + riflessione speculare + emissione

29 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione speculare "Specular" reflection Per materiali lucidi –con riflessi brillanti –("highlights") senza con

30 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione speculare Idea base: la luce non viene riflessa da materiali lucidi in maniera eguale in tutte le direzioni

31 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione speculare L: raggio incidente N: normale R: raggio riflesso V: dir. di vista N L R V in 3D

32 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione speculare Phong light model –by Bui-Tuong Phong, 1975 in 3D

33 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione speculare Elevando il coseno ad una potenza, si ottengono riflessi piu' piccoli e brillanti

34 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a fanno parte del "materiale" (caratteristiche dell'oggetto) Componente riflessione speculare Phong light model –by Bui-Tuong Phong, 1975 in 3D

35 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione speculare Phong light model –by Bui-Tuong Phong, 1975 in 3D

36 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione speculare

37 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione speculare Blinn-Phong light model: semplificazione del Phong light model risultati simili, formula diversa: phong: blinn-phong: N L R V H = L + V / |L+V| "half-way" vector

38 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Componente riflessione speculare Blinn-Phong light model: semplificazione del Phong light model risultati simili, formula diversa: Jim Blinn (MEGA-MEGA-GURU) phong: blinn-phong:

39 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a I 4 fattori che consideriamo luce finale = ambiente + riflessione diffusa + riflessione speculare + emissione

40 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Equazione di lighting in totale propretà del materiale propretà della luce

41 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Materiali...

42 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Equazione di lighting: modellazione delle luci propretà della luce

43 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Modellazione delle luci Come varia L? –costante nella scena: fonti di luci "direzionali" buono per fonti di luce molto distanti, e.g. il sole –varia nella scena: fonti di luci "posizionali" buono per fonti di luci vicine, e.g. lampadine

44 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Modellazione delle luci: luci posizionali Nelle luci posizionali, si può attenuare l'intensità in funzione della distanza In teoria (per la fisica) intensità = 1 / distanza 2

45 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Modellazione delle luci: luci posizionali In pratica, questo porta ad attenuazioni della luce troppo repentine Invece usiamo:

46 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Equazione di lighting

47 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Tipi di luci Tipi di luci: –posizionali –direzionali –spot-lights (faretti)

48 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Spotlights Definite da tre parametri:

49 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Equazione di Lighting di OpenGL (completa) caratteristiche della luce caratteristiche del materiale dati dalla scena

50 M a r c o T a r i n i C o m p u t e r G r a p h I c s 2 0 0 6 / 0 7 U n i v e r s i t à d e l l I n s u b r i a Prossimamente: Frammenti & attributi interpolati Vertici & loro attributi Screen buffer Vertici poriettati & attributi computati rasterizer triangoli computazioni per frammento set- up rasterizer segmenti set- up rasterizer punti set- up computazioni per vertice lighting: DOVE? x y z v0v0 v1v1 v2v2 v0v0 v1v1 v2v2