Iluminación en GPU. Prof. Esmitt Ramírez Marzo 2011

Transcripción

1 Iluminación en GPU Prof. Esmitt Ramírez Marzo 2011

2 Iluminación Dos características a tomar en cuenta en la contribución de la luz en una escena: Física Observacional La iluminación en Computación Gráfica se puede simplificar en dos etapas: Transporte de la luz desde la fuente al destino Interacción de la energía de la luz con un punto en la superficie

3 Iluminación

4 Iluminación Ecuación de Rendering BDRF, Bidirectional Reflectance Distribution Function

5 Iluminación en GPU La idea es explotar al máximo los shaders para el cálculo de la iluminación Resultados en real-time de forma dinámica Las fuentes de luz pueden ser categorizadas en: Direccional Puntual (point light) Reflector (spot light) Área Cómo logro una iluminación apropiada utilizando el mínimo número de luces?

6 Iluminación en GPU En OpenGL se accede a las propiedades de las luces como GL_LIGHTi

7 Luz Direccional Distancia infinita de los objetos Todos los rayos son paralelos Un vector puede ser utilizado para c/punto de la escena Se ejecuta rápidamente comparado con otras luces Imita efectos luminosos como el sol En la vida real, no existe!

8 Luz Direccional Reflexión de Lambert ( ) Brillo difuso de una superficie plana es proporcional al coseno del ángulo formado por la línea de visión y la normal de la superficie La dirección de la luz en coordenadas de ojo Transformar la normal a coordenadas de ojo

9 Luz Direccional

10 Luz Direccional El modelo empleado por OpenGL es el propuesto por Blinn-Phong (Phong simplificado) Phong, el componente especular es proporcional al coseno entre el vector reflexión de la luz y el vector del ojo L= vector desde la luz hasta el vértice N= normal de la superficie Eye= vector desde el vértice al ojo/cámara R= vector reflejado de L con respecto a N

11 Luz Direccional Eye vector = Reflection vector Tasa de decaimiento = shininess [0,128] shininess = 8 shininess = 64 shininess = 128

12 Luz Direccional Modelo Blinn-Phong Half-vector es un vector con una dirección intermedia entre el vector Eye y el vector luz

13 Luz Direccional

14 Luz Direccional por píxel Normal en coordenadas de ojo y normalizar Normalizar vector medio y dirección de la luz

15 Luz Direccional por píxel

16 Luz Puntual Simulan luces cercanas a la escena o dentro de ellas (e.g. lámparas de techo, calle, etc.) La dirección de la luz debe ser calculada para c/vértice La luz recibida en la superficie decrementa a medida que se aleja del foco de luz (atenuación) Atenuación Constante Lineal Cuadrática Direccional w = 0; Puntual w = 1

17 Luz Puntual Atenuación

18 Luz Puntual

19 Luz Puntual

20 Luz Puntual Todo el código puede ir en un vertex program! Sin Shader Con Shader

21 Luz Reflector Un híbrido de las 2 anteriores spotdirection spotcoscutoff spotexponent

22 Luz Reflector Utilizaremos el mismo vertex shader que la Luz Puntual Se calcula el coseno entre spotdirection y la posición de la luz sobre la superficie. El resultado es comparado con spotcoscutoff para determinar si se esta dentro o fuera del cono de iluminación

23 Luz Reflector Si esta fuera, la atenuación es 0 sino este valor se eleva al valor especificado en spotexponent El componente ambiental, difuso y especular solo tienen efecto si está dentro La atenuación se multiplica por el valor spoteffect:

24 Luz Reflector Sin shader GLSL Shader GLSL

25 Luz porárea Representa con mayor realismo el efecto de la luz en una escena Es costosa computacionalmente; pero existen buenas aproximaciones Una posible implementación requiere de iteraciones para cubrir todos los niveles del área del objeto luminoso en el shader

26 Cook-Torrance Phong y Blinn-Phong lucen muy artificiales por ser muy de propósito general Robert Cook and Kenneth Torrance in 1982 Modelo general para superficies rugosas, particularmente para metales y plásticos Se calcula difuso y especular (*)

27 Cook-Torrance

28 Phong

29 Blinn-Phong

30 Cook-Torrance

31 Oren-Nayar Michael Oren y Shree Nayar en 1994 Modelo difuso

32 Oren-Nayar

33 Otros modelos Strauss (1990) Ward (1992) Ashikhmin-Shirley (2000) Lafortune BRDF Velvet Car Paint Gooch