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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
)()(),(
treFtk
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
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