PER LA RESA DI UNA SCENA 3D

Presentazione sul tema: "PER LA RESA DI UNA SCENA 3D"— Transcript della presentazione:

1 PER LA RESA DI UNA SCENA 3D
ALTRI MODELLI LUCE PER LA RESA DI UNA SCENA 3D

2 per il calcolo del valore di luminosita' (e colore) di un pixel -
ovvero di un punto (x,y) dell'immagine 2D sullo schermo si puo' procedere in vari modi: un modo e' dato dai modelli di Gouraud e Phong, dove si calcola il valore dell' intensita' RGB nel pixel PX(x,y) da considerazioni locali riguardo la posizione del punto PS(x,y,z) nello spazio 3D della scena rispetto le sorgenti di luce, con PS(x,y,z) punto della scena corrispondente al pixel-punto PX(x,y) considerato; diffetto: non sono calcolate le ombre, ne' sono calcolate le rifrazioni (luce attraverso oggetto trasparente), ne' riflessioni di oggetti

3 dal manuale dell' OpenGL :
ombre in OpenGL dal manuale dell' OpenGL : per ottenere un effetto ombra si deve calcolare la matrice di proiezione dalla luce al piano su cui si vuole l'ombra, moltiplicarla per la matrice corrente sul matrix stack e poi disegnare l'oggetto che risultera' in prospettiva su quel piano, e dare all'oggetto il colore dell' ombra voluta sul piano

4 per ottenere un effetto ombra si deve ...
ombre in OpenGL OpenGL : per ottenere un effetto ombra si deve ... non riportiamo il procedimento (vedi lavori studenti AA 06 e 07, ed es. EGD3D_39dinoshade)

5 per ottenere una resa piu' realistica di una scena, che tenga conto
delle ombre, della illuminazione indiretta riflessa della riflessione di oggetti in altre supefici riflettenti e delle trasparenze bisogna tener conto della propagazione dei raggi in tutta la scena, quindi di tutti gli oggetti della scena

6 un metodo potrebbe essere il seguente:
si seguono i raggi di luce che escono dalle sorgenti di luce fino ad un oggetto della scena, e poi fino all'osservatore; -- ma: la maggior parte dei raggi che escono dalla sorgente di luce finisce fuori dal piano di proiezione che ci interessa, e non interessano l'osservatore: gran parte del lavoro e' a vuoto. fuori fuori sorgente di luce dentro osservatore (punto di proiez) PS(x,y,z) PX(x,y) scena 3D fuori fuori

7 invece di seguire i raggi di luce che escono dalle sorgenti di luce fino ad un oggetto della scena, e poi fino all'osservatore; dove la maggior parte dei raggi che escono dalla sorgente di luce finisce fuori dal piano di proiezione che ci interessa, e non interessano l'osservatore) meglio: seguo il cammino inverso, ovvero inizio dal punto di vista o punto di proiezione e seguo il raggio all'indietro - dall' osservatore (dal punto di proiezione) - attraverso i pixel dello schermo - fino alle superfici o - alle sorgenti di luce della scena.

8 I = ka Ia + Somma( ks Is + kt It + kd Ipi(n.Li) )
sorgenti r.secondario r (x,y,2-1) r.secondario r (x,y,2-2) n osservatore PX(x,y) PS(x,y,z) r.primario r (x,y,1) il raggio primario r (x,y,1) deriva dalla luceche arriva dalle sorgenti, diretta/indiretta: I = amb.+spec.+trasp.+diffusa = I = ka Ia + Somma( ks Is + kt It + kd Ipi(n.Li) ) qui sono presenti due luci,ciascuna contribuisce alla luce I (che esce dal punto PS(x,y,z), per il raggio primario r (x,y,1) verso l'osserv.) con due raggi (secondari rispetto l'osservatore) che arrivano dalle luci al punto PS (da cui poi si diffondono)

9 si seguono i raggi di luce che interessano l'osservatore, partendo dall'occhio dell'osservatore all' indietro: per tutti i pixel dello schermo si calcolano le intersezioni con gli oggetti della scena 3D del raggio che unisce il punto di vista (osservatore) con il pixel sul piano di proiezione (schermo); sorgente PX1(x,y) osservatore PX2(x,y) PS2(x,y,z) PS3(x,y,z) PX3(x,y) scena 3D

10 - nella versione piu' semplice di questo metodo mi fermo qui -
sorgente P2 P1 PX(x,y) osservatore scena 3D un raggio che esce dal punto di vista puo' incontrare piu' oggetti della scena - si sceglie il punto P1 dell'oggetto piu' vicino all'osservatore (superfici nascoste! P2 non si vede) e per tale punto si calcola la luce che dal punto va verso l'osservatore (ad es con la formula di Phong) - nella versione piu' semplice di questo metodo mi fermo qui -

11 sorgente r (x,y,3) Pi2 a a r (x,y,2) osservatore r (x,y,1) Pi1 PX(x,y) diremo raggio primario r (x,y,1) un raggio che unisce il punto di vista con un oggetto; dopo l'intersezione Pi1 possiamo seguire il raggio all' indietro considerando la riflessione speculare, e ottengo il raggio r (x,y,2) secondario che incontra un secondo oggetto in Pi2 e da questo secondo un raggio terziario r (x,y,3) che ad es. qui incontra la sorgente di luce

12 Luce O3 O1 r3 z Pvista r2 O2 nota: con il metodo di ray-tracing vediamo anche oggetti nascosti da altri che stanno loro davanti, ma che si vedono riflessi in altri oggetti: qui l'osservatore vede gli oggetti O1 e O2, non vede direttamente O3 (nascosto da O1); ma vede O3 riflesso in O2 (raggio r3), e anche lo stesso O3 riflesso due volte in O1 e in O2 (raggio r2)

13 ancora, l' osservatore vede la luce L riflessa in O2, raggio rL, e
rd O3 ri O1 z rL Pvista r2 O2 ancora, l' osservatore vede la luce L riflessa in O2, raggio rL, e vede il lato dietro di O1 (riflesso in O2) illuminato dalla luce L direttamente (rd) e indirettamente (ri)

14 Idiffusa = Iambiente + I RiflessaDiffusa + IRiflessaSpeculare =
MA: in un punto generico di una superficie di un oggetto della scena dobbiamo tener conto di piu' effetti: finora abbiamo parlato solo delle componenti ambiente, diffusa e speculare (Gouraud, Phong) : Idiffusa = Iambiente + I RiflessaDiffusa + IRiflessaSpeculare = = Ka * Ia + I Incidente Kd * cos(a) + W(a) * IIncidente * Ks * cosn(x) osservatore raggio luce incidente a queste tre componenti dobbiamo aggiungere la componente rifratta che viene trasmessa attraverso un oggetto R L N a x O P oggetto

15 ogni raggio incidente L produce (tra altri)
un raggio R riflesso specularmente e un raggio T rifratto e trasmesso attraverso l'oggetto : il raggio trasmesso per rifrazione T ha un angolo ar con la normale N nel punto di incidenza che e' determinato dagli indici di rifrazione dei due mezzi, ni e nr come segue: legge di Snell nr *sin(ar) = ni * sin(ai) dove nr e ni sono coefficienti di rifrazione del materiale in cui viaggia la luce, e che per materiali trasparenti diversi sono diversi... osservatore raggio luce incidente N R L ai ai P oggetto ar T

16 legge di Snell = legame tra angolo rifratto e incidente:
tabella di indici di rifrazione (da rete, con Google cerca "Snell" e "law"), dal mezzo di densita' ottica piu' bassa (dove la luce viaggia piu' veloce) ai mezzi di densita' ottica piu' elevata (Tom Henderson, http: //www. glenbrook. k12. il. us/gbssci/ phys/ Class/ refrn/ u14l2b. html ) legge di Snell = legame tra angolo rifratto e incidente: nr *sin(ar) = ni * sin(ai) Vacuum Air Ice Water Ethyl Alcohol Plexiglas Crown Glass (*) LightFlintGlass (**) DenseFlintGlass 1.66 HeavyFlintGlass (***) Zircon Diamond Rutile GalliumPhosphide 3.50 (*)vetro senza additivi (**) flint=selce,pietra focaia(silice) (***) da Comp.Graphics di Hearn e Baker

17 un esempio di immagine resa con ray-tracing, di Jamis Buck,

18 nr *sin(ar) = ni * sin(ai)
legge di Snell da' l' angolo t=ar per il raggio T trasmesso per rifrazione (t angolo del raggio T con la normale N nel punto di incidenza con il raggio incidente L); angoli ai e ar determinati dagli indici di rifrazione dei due mezzi, ni e nr nr *sin(ar) = ni * sin(ai) nr e ni sono i coefficienti di rifrazione del materiale in cui viaggia la luce, con t=a r e a=ai da qui si ricava l'angolo del raggio rifratto t rispetto la normale N osservatore raggio luce incidente N R L a a x O P oggetto t T

19 l'angolo del raggio rifratto a r rispetto la normale N e' dato
nr e ni sono i coefficienti di rifrazione del materiale in cui viaggia la luce, con t=a r e a=ai ; l'angolo del raggio rifratto a r rispetto la normale N e' dato dalla legge di Snell: nr *sin(ar) = ni * sin(ai) NOTA: i due indici di rifrazione (luce incidente nie luce rifratta nr) cambiano in funzione della temperatura e della lunghezza d'onda della luce (raggio->prisma->colori) in alcuni casi (quarzo) gli indici variano a seconda della direzione nel materiale, altri generano due o piu' raggi rifratti... ma: per la maggior parte dei casi la legge di Snell e' sufficiente osservatore raggio luce incidente N R L ai ai x O P oggetto ar T

20 nr *sin(ar) = ni * sin(ai), ( t=a r a=ai )
la legge di Snell lega t=ar= angolo (con la normale N) del raggio T trasmesso per rifrazione con il raggio incidente L, nr *sin(ar) = ni * sin(ai), ( t=a r a=ai ) dove nr e ni sono gli indici di rifrazione dei due mezzi in cui viaggia la luce; la formula fornisce l'angolo del raggio rifratto rispetto la normale; cos2 (t) + sin2 (t) = 1, cos(t) = sqrt( 1-sin2(t) ), essendo sin(t) = ni / nr * sin(ai), e sin(ai)=sqrt(1-cos(ai) ), allora cos( t) = sqrt(1-f2(1-cos2a)) dove il fattore f e' il rapporto f = ni / nr da cui si ricava la formula per calcolare il vettore T: T= f1 * L + f2 * N, con f1 e f2: T= f * L - (cos(t)-f*cos(a) ) *N osservatore raggio luce incidente N R L a a x O P oggetto t T

21 un esempio di calcolo per la luce rifratta
luce incidente a 300 (rispetto la N) e superficie che separa aria/vetro (indice 1.6) ottengo un angolo di rifrazione di 180 ma: spesso si ignora lo spostamento del raggio che attraversa un mezzo trasparente, o lo si calcola in modo fisso; per la trasparenza spesso tengo conto del contributo all'intensita'di luce con una formula del tipo: I = Ixx+kt*It vediamo...

22 I = ka Ia + ks Is + kt It + kd Somma(Ipi(n.Li))
sorgente r (x,y,3) n asorg aoss r (s/x,y,2) osservatore r (t/x,y,2) r (x,y,1) PS PX(x,y) per passare dal raggio primario r(x,y,1) ai raggi secondari si tiene conto che la luce in PS(x,y,z) e' data da 4 componenti I = ka Ia + ks Is + kt It + kd Somma(Ipi(n.Li)) = ambiente+speculare+trasparenza+diffusa da cui i raggi secondari da seguire: primo, il r (s/x,y,2) raggio riflesso specularmente secondo, r (t/x,y,2) raggio trasmesso per trasparenza o rifrazione

23 I = ka Ia + ks Is + kt It + kd Somma(Ipi(n.Li))
r (x,y,2) n r (x,y,1) sorgente osservatore PX(x,y) a r (s/x,y,2) PS(x,y,z) r (t/x,y,2) t sorgente dal raggio primario r(x,y,1), calcolo i raggi secondari r(x,y,2) - qui r speculare r(s/x,y,2) e r riflesso per trasparenza r(t/x,y,2) dalla luce in PS(x,y,z), e inoltre il raggio che e' rifratto : I = ka Ia + ks Is + kt It + kd Somma(Ipi(n.Li)) = ambiente+speculare+trasparenza+diffusa MA: il raggio secondario in genere NON incontra una sorgente, ma altri oggetti ... il tutto si ripete !

24 seguendo il raggio primario r(x,y,1) , dalla
sorgente PS2(x,y,z) r (x,y,1) osservatore PX(x,y) r s(x,y,2) r s(x,y,3) PS1(x,y,z) r d(x,y,k) b sorgente seguendo il raggio primario r(x,y,1) , dalla I = ambiente+speculare+trasparenza+diffusa calcolo i due raggi secondari (speculare+trasparenza), e sono di nuovo a seguire un raggio (secondario) all'indietro, rs(x,y,2) per arrivare ad un punto di un oggetto o di una sorgente; calcolo intensita' di luce del punto PS2 al passo due,come prima: IPS2 = ambiente2+spec2+rifratt2+diff2 e arrivo al raggio rs(x,y,3), terziario al passo k avremo IPSk = ambientek+speck+rifrattk+diffk

25 dal raggio primario vado all'indietro e calcolo i due raggi secondari (riflesso e rifratto), poi da ciascun raggio secondario all'indietro calcolo i terziari ecc... abbiamo un albero dei raggi rifratti, che aumenta molto rapidamente ... r1 r2r r2t r3r r3t r3r r3t r4r r4t r4r r4t

26 es. qui il raggio r1 e' seguito (dal Pvista) oltre
l'oggetto O2 , raggio r2 , poi oltre l'oggetto O1 , raggio r3 e poi oltre O3 - raggio r4, finche' si arriva alla sorgente S1: S1 r4 r3 O3 r2 r3 r1 r2 O1 r2 z r2 Pvista r1 r1 O2 r2

27 si seguono i raggi di luce che interessano l'osservatore, partendo dall'occhio dell'osservatore all'indietro: al passo zero = il raggio che esce dal punto di vista verso la scena ("attraverso" i pixel schermo)... al passo k (punto della scena Pk(x,y,z) l'illuminazione e' calcolata con la nota formula, e' data dalle varie componenti di luce al passo k+1, di cui seguo due (speculare e rifratto); mi fermo quando arrivo alla sorgente di luce oppure quando esco di scena ... MA: in pratica si segue il raggio per 4 o 5 iterazioni al massimo, trascurando i contributi ai passi successivi (anche perche' il costo di calcolo diventa eccessivo) questo e' il metodo di ray-tracing ("inseguire il raggio") proposto da Whitted nel 1980 (siamo ai tempi del VAX-780) appare abbastanza evidente che il costo di questo metodo e' elevato.

28 l'algoritmo per il ray-tracing quindi e:
intensita_in_ Pk(x,y,z), passo k-esimo, IPSk , e' data da speck+1 = intensita' del raggio proveniente da direzione speculare rifrattk+1= intensita' del raggio proveniente da direzione rifratta IPSk = ambientek+diffk + +speck+1 +rifrattk+1 dove k e' il passo k-esimo partendo dall'osservatore

29 schema: void raytrace( traggio r, tspaziooggetti scena, tcolore& rgb){ tcolore illumin, illumin2; traggio rsecond; tpunto P, mindistinters; /*chiamata per ogni pixel del piano di proiezione */ for each oggetto O della scena do{ calcola se c'e' intersez P tra oggetto O e raggio r , e event. aggiorna il punto min_dist_inters (se P e' piu'vicino); end for each; with min_dist_inters do /*al punto di minima distanza di inters*/ if esistono raggi secondari then do{ calcola il raggio secondario rsecond, e chiama raytrace( rsecond, scena, illumin2 ); accumula valore dell'illuminazione illumin2 in illumin } while( ci sono ancora raggi secondari) else calcola l'illumin nel punto dalle proprieta'locali e dalle luci esci con risultato in rgb = illumin } // raytrace

30 curiosita' storiche: nel 1991 uno studente (3
curiosita' storiche: nel 1991 uno studente (3.o anno) ha fatto una tesina di visualizzazione di due sfere e una luce con un suo programma scritto in Borland Turbo Pascal ambiente DOS su una macchina Olivetti M24 (Intel 80286): l'algoritmo di ray-tracing si presta all'esecuzione parallela, dividendo lo schermo in rettangoli e lanciando l'esecuzione in parallelo per ogni rettangolo (si potrebbe fare per ogni pixel); il programma e' stato fatto eseguire su 4 macchine in parallelo (suddivisione "a mano"), per due giorni durante un weekend; la precisione era di 64 x 64 pixel. Simile l'approccio di varie persone/ditte, ad es. un film di animazione con ray-tracing di 3 minuti aveva richiesto (1988) un mese su 50 workstation Sun (esec. solo nei tempi morti su macchine di una ditta); [oggi le macchine sono 1000x + veloci] il testo di Hearn&Baker del 1994 ha in copertina una scena prodotta con un Macintosh II (Motorola a 30Mhz) resa con 26Mega raggi primari in 213 ore... oggi ('05), un Power PC ha un clock 50 volte piu' veloce, quindi si scende a 4 ore ...

31 r4a S4 r3a S3 r4b r2b t2b t3b S1 S2 I0=r1 S1 punto di vista (projection reference point) dobbiamo tenere traccia (mem) dei raggi ottenuti nel percorso di raytracing (per ogni pixel), da cui un albero di traccia : in genere si ferma al 4.o livello. t1 r1 S2a S2b S3a

32 una delle parti piu' critiche (quella che occupa maggior tempo di calcolo) per il metodo di ray-tracing e' il calcolo dell'intersezione di un raggio con un oggetto: se P0 e' il punto da cui esce il raggio (all'inizio P e' il punto di vista o centro di proiezione) e u e' il raggio (unitario) di direzione, allora ogni punto sul raggio e' dato da: P = P0 + s * u (s=scalare, e' equaz.parametrica del raggio) u si e' dato dal pixel in esame e dal punto di vista o projection reference point: u = (Ppix - Pprp) / |Ppix - Pprp| se l'oggetto e' una sfera (caso piu'semplice) allora dall'equazione per i punti P della sfera di centro Pc e raggio r : | P - Pc | r2 = 0 se in questa eq. sostituisco la P=P0+s*u di sopra, ottengo: | P0 + s * u - Pc | r2 = 0

33 ripeto: punto del raggio: P = P0 + s * u
equazione per i punti della sfera: | P - Pc | r2 = 0 sostituisco P, ottengo: | P0 + s * u - Pc | r2 = 0 da cui se DP = Pc - P0 ho l'equaz di 2.o grado in s: s2 - 2*(u.DP) * s + ( | DP |2 - r 2 ) = 0 da cui le due radici s= u.DP +/- sqrt( (u.DP)2 - |DP| 2 + r2) se il discriminante (sotto radice) e' negativo allora il raggio non interseca la sfera, altrimenti s e' data dalla radice piu' piccola (due punti di intersezione) y P P0 u r DP Pc x z

34 per un oggetto piu' complicato conviene fare un test preliminare con una sfera contenente l'oggetto:
se il raggio non interseca la sfera, si esclude l'oggetto senz'altro; se invece il raggio interseca la sfera, allora si dovranno esaminare tutte le faccie "davanti" rispetto il raggio (escludo le faccie dietro, con normale N tali che u.N < 0 [culling] ), e per ciascuna calcolo il punto di intersezione raggio - piano in cui sta il poligono (la faccia), dall'equazione del piano N.P = -D con N normale al piano, P punto del piano, D distanza piano-origine), trovata intersezione raggio - piano del poligono vado a verificare se il punto di intersezione sta nel poligono o se e' esterno al poligono (test punto dentro/fuori poligono)

35 si puo' vedere che per il test di intersezione raggio - sfera devo eseguire 3 sottrazioni o addizioni e tre prodotti; se il test e' positivo devo controllare meglio, con 8 somme o sottrazioni e 7 prodotti; qualche miglioramento si puo' avere considerando il test di intersezione non in 3D ma in un piano in 2D (5 somme e 5 prodotti) ... ma un guadagno vero nella velocita' di calcolo si ha strutturando gli oggetti e procedendo per volumi contenenti piu' oggetti... ancora un'osservazione: la scelta di sfera o parallelepipedo come volume che racchiude uno o piu oggetti per fare il test preliminare dipende anche dalla forma dell'oggetto: per oggetti di circa pari dimensione in x,y,z conviene la sfera, per oggetti sottili (una penna, una torre...) converra' un parallelepipedo per evitare - se questo test risulta positivo - di dover fare poi molti test a vuoto.

36 di seguito uno dei moltissimi esempi di immagini ottenute con il metodo di ray-tracing (il metodo risale al 1981, queste immagini sono piu' recenti); dall'articolo (da cui l'immagine) la Pixar presento' nel 1986 le sue prime animazioni molto realistiche (Luxo jr) - non usava ray-tracing, ma un metodo simile ma piu' veloce...

37 ancora un' immagine prodotta con ray-tracing, di Jamis Buck,

38 da Hearn&Baker : il calcolo delle intersezioni raggio-superficie puo' rappresentare fino al 95 % del tempo complessivo del metodo, e' quindi importante introdurre dei metodi per ridurre questi calcoli gli oggetti di una scena sono organizzati gerarchicamente (albero della scena), e posso specificare per ogni parte della scena (gruppo di oggetti della scena) una sfera o un cubo, e poi eseguo dei test preliminari su questi volumi (sfere o cubi), e elimino parti che non intersecano il raggio, e solo per le parti che intersecano il raggio approfondisco i test a parti piu' piccole fino ai singoli oggetti anzi fino alle singole superfici (triangoli); si ottengono guadagni di un fattore 10;

39 per questo y sono attivi O2 e O3 (intersecano il piano P-A-B)
anche per il ray tracing si possono usare metodi che sfruttano la localita' della scena: in genere se mi sposto di pochi pixel nello schermo i raggi incontreranno circa gli stessi oggetti di prima; ad es. si puo' usare l'algoritmo della scan-line con liste di facce attive: O1 per questo y sono attivi O2 e O3 (intersecano il piano P-A-B) ymax A xp O2 yp ymin P B O3 O4 per ogni valore della y (scan line y) ho una lista di oggetti attivi che sono intersecati dal piano definito dalla scan line e dal punto di vista P, ovvero tali che il loro ymin<y e il ymax>y; questi non cambiano al variare di x (per tutti i pixel della linea);

40 per questo y sono attivi O2 e O3 (intersecano il piano P-A-B)
xp O2 yp B P B O3 O4 per ogni valore della y (scan line y) ho una lista di oggetti attivi che sono intersecati dal piano definito dalla scan line e dal punto di vista P,(per ognuno e' ymin<y e il ymax>y) quando passo alla prossima scan line (y+1) controllo quali oggetti non sono piu' intersecati (in figura, O3) e quali invece entrano in intersezione (in figura, O1), la lista degli oggetti attivi della scan line e' ordinata per x (agevola test di intersez), e per ogni x (per ogni pixel) devo anche determinare quale oggetto e' il piu' vicino (nel senso delle z)

41 un altro modo per sveltire i test di intersezione e' la suddivisione dello spazio della scena in cubi; si considera separatamente ogni cubetto, e si codifica una struttura che mantiene un elenco degli oggetti che intersecano (o appartengono) un cubetto: si ha una lista di "oggetti attivi" per ogni cubetto, lista che deve essere aggiornata passando da un cubetto i,j,k ad un cubetto adiacente; si noti che le liste degli oggetti attivi per una scena data possono essere calcolate una volta per ogni cubetto, e non cambiano per i raggi che interessano quel cubetto (pixel per pixel); inoltre alcune regioni saranno vuote - test immediato; 5 4 1 7 3 20 2 27

42 un cubo viene suddiviso in otto cubi,
ricordiamo un modo per codificare la posizione di un oggetto in un reticolo di cubi : un cubo viene suddiviso in otto cubi, (oct-alberi!!) numerati come nella figura a fianco: ciascuno degli otto cubetti viene a sua volta suddiviso in otto cubi piu' piccoli, eccetera; ad es. il cubetto 2 della prima divisione sara' diviso in 8 cubetti numerati 20, 21, 22, 23, 24, .. 27, il cubetto 20 sara' ancora suddiviso in 8 cubetti numerati 200, , eccetera... la codifica assume che i cubetti 0,1,2,3 siano davanti, e quindi i primi a essere visibili (incontrati dal raggio); 5 4 1 7 3 20 2 27

43 un ragionamento simile si puo' fare per lo spazio 3D
una variante: suddivisione adattativa, simile alla suddivisione nello spazio 2D per determinare le intersezioni : si infittisce la suddivisione solo nei rettangoli dove e' presente un oggetto - un ragionamento simile si puo' fare per lo spazio 3D

44 ancora un es. di ray-tracing

45 qualita' dell'immagine: anti - aliasing vediamo...

46 antialiasing nota: abbiamo visto che per una migliore qualita' dell'immagine si usa il raytracing (esame della scena partendo dallo schermo, pixel per pixel: c'e' un raggio che si deve seguire per ogni pixel della scena ecc) questo non basta per ottenere un'immagine di alta qualita', per la presenza degli effetti dei bordi a scalino (aliasing); si osservi che vi sono diversi tipi di disturbi alias:

47 antialiasing si osservi che vi sono diversi tipi di disturbi alias:
alias spaziale, che e' l'effetto dei bordi a scaletta o seghettati, che e' tanto meno visibile quanto piu' grande e' la precisione dello schermo; un oggetto piu' piccolo di un pixel non si vede, a meno di non essere centrato al pixel, e allora occupa tutto il pixel; ma una linea curva vicino all'orizzontale o alla verticale appare seghettata, a scalini; con opportune tecniche si puo' rimediare, e la slide seguente (demo Java 2D) ne e' un esempio -->>

48 antialiasing alias spaziale, e' l' effetto dei bordi a scaletta o seghettati, tanto meno visibile quanto piu' grande e' la precisione dello schermo; un oggetto piu' piccolo di un pixel non si vede, a meno di non essere centrato al pixel, e allora occupa tutto il pixel; qui a sinistra senza "anti-aliasing", a destra con "anti-aliasing"

49 antialiasing alias temporale vari effetti,
ad es. scena ben nota della proiezione di film in un cinema, con diligenza in film western, le ruote del carro che appaiono ruotare all'indietro, dovuto all' interferenza tra velocita' delle ruote e velocita' di campionamento (o di visualizzazione); alias temporale per oggetti piccoli che si spostano sullo schermo, l'oggetto piccolo sara' in qualche istante centrato dal raggio che esce da un pixel, e in un altro istante no; l'effetto visivo e' un pixel pulsante che si sposta a scatti (uno scatto per pixel) sullo schermo.

50 antialiasing tra molti metodi per ridurre l'aliasing ricordiamo:
* supersampling - uso piu' raggi per pixel * regolare: piu' raggi per pixel, disposti in reticolo a passo costante * casuale, piu' raggi per pixel ma in posizione casuale, * altre tecniche (anti-aliasing con parziale smussatura delle intensita' di colore, con sfumature di toni intermedi) * ...

51 antialiasing Hearn e Baker nel loro libro "Computer Graphics with OpenGL del 2004 ricordano * "antialiased ray-tracing" super-sampling adaptive sampling, distributed (stochastic) sampling

52 antialiasing altre tecniche: l'effetto di sfumatura per velocita',
("foto "mossa"), “motion - blurr" (che esiste in OpenGL) in OpenGL: tecniche di uso dell'accumulation buffer (piu' immagini del color-buffer si accumulano nell' acc.buffer, da dove sono poi copiate nel color buffer) - tecnica simile all'esposizione multipla di una foto OpenGL: glAccum(GLenum op, GLfloat value); vedi esempi: accpersp.c , (jittering (antialiasing) with perspective) accanti.c (jittering with orthogr.projection) dof.c (depth-of-field effect)

53 blurr effect

54 da Fig.10-87, Hearn-Baker, scena con parti sfocate, antialising, con resa con combinazione di ray-tracing e radiosity (Peter Shirley, C.S.Dep, Utah Univ.)

55 esistono molte altre tecniche, tra cui menzioniamo
radiosity (equilibrio dell'energia della luce nella scena), tecniche miste: environment mapping ("the poorperson ray-tracing method") photon mapping (ray-tracing with separate scene / illumination model) ... rimandate ad un altro anno o ad un altro corso ;-) (radiosity - vedi la presentazione di Cossutta, a.a.2006)

56 fine di EGD27_RAYTRACE