Графическая информация
<<  Графическая информация и компьютер Интерактивная сегментация изображений  >>
Основы синтеза фотореалистических изображений: трассировка лучей
Основы синтеза фотореалистических изображений: трассировка лучей
Часть 1 Введение в методы визуализации
Часть 1 Введение в методы визуализации
Введение
Введение
Метод растеризации
Метод растеризации
Метод трассировки лучей
Метод трассировки лучей
Сравнение методов
Сравнение методов
"Christmas Baubles" by Jaime Vives Piqueres (2005)
"Christmas Baubles" by Jaime Vives Piqueres (2005)
"A McIntosh in the Kitchen" by Marc Jacquier (2004)
"A McIntosh in the Kitchen" by Marc Jacquier (2004)
"Pebbles" by Jonathan Hunt (2008)
"Pebbles" by Jonathan Hunt (2008)
"Travieso" by Jaime Vives Piqueres (1997)
"Travieso" by Jaime Vives Piqueres (1997)
"Victoria's World" by Douglas Eichenberg (2005)
"Victoria's World" by Douglas Eichenberg (2005)
Часть 2 Обзор классической трассировки лучей
Часть 2 Обзор классической трассировки лучей
Генерация первичного луча
Генерация первичного луча
Луч не пересекает сцену
Луч не пересекает сцену
Луч соударяется с объектом
Луч соударяется с объектом
Определение затененности точки
Определение затененности точки
Расчет прямого освещения
Расчет прямого освещения
Расчет вторичного освещения
Расчет вторичного освещения
Учет отражения света
Учет отражения света
Учет преломления света…
Учет преломления света…
Учет преломления света
Учет преломления света
Процесс трассировки…
Процесс трассировки…
Процесс трассировки
Процесс трассировки
Расчет освещенности точки
Расчет освещенности точки
Критерии остановки
Критерии остановки
Выводы…
Выводы…
Выводы
Выводы

Презентация: «Луч 1 класс гармония». Автор: Denis Bogolepov. Файл: «Луч 1 класс гармония.pptx». Размер zip-архива: 3525 КБ.

Луч 1 класс гармония

содержание презентации «Луч 1 класс гармония.pptx»
СлайдТекст
1 Основы синтеза фотореалистических изображений: трассировка лучей

Основы синтеза фотореалистических изображений: трассировка лучей

Введение в методы визуализации

Боголепов Д.К. Кафедра МОЭВМ ВМК ННГУ denisbogol@sandy.ru

2 Часть 1 Введение в методы визуализации

Часть 1 Введение в методы визуализации

3 Введение

Введение

Рендеринг (визуализация) – процесс получения плоского растрового изображения по разработанной трехмерной сцене с помощью компьютерной программы В зависимости от цели используют различные методы визуализации: рендеринг в реальном времени: применяется в интерактивных приложениях с использованием графических ускорителей (методы растеризации и сканирования строк) предварительный рендеринг: достаточно медленный, но высококачественный процесс визуализации, применяемый в основном для видео (методы глобального освещения)

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

3

4 Метод растеризации

Метод растеризации

Используется современными графическими ускорителями: объекты сцены (представленные треугольниками) проецируются на экранную плоскость с последующим затенением Упрощенная модель освещения: отсутствуют отражения и преломления, эффекты диффузного переотражения света и каустические эффекты Правдоподобные эффекты освещения очень важны: именно игра света и тени во многом определяет то, насколько живо и натурально выглядит трехмерная виртуальная реальность

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

4

5 Метод трассировки лучей

Метод трассировки лучей

Введение в растеризацию программируемых блоков – шейдеров – значительно увеличивает качество изображений, но все же им далеко до достижения фотореализма Для правильного моделирования освещения применяются специальные методы, важное место среди которых занимает трассировка лучей Трассировка лучей – метод геометрической оптики для построения изображений трёхмерных сцен путём отслеживания взаимодействия отдельных лучей света с поверхностями

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

5

6 Сравнение методов

Сравнение методов

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

6

7 "Christmas Baubles" by Jaime Vives Piqueres (2005)

"Christmas Baubles" by Jaime Vives Piqueres (2005)

http://hof.povray.org/ChristmasBaubles.html

8 "A McIntosh in the Kitchen" by Marc Jacquier (2004)

"A McIntosh in the Kitchen" by Marc Jacquier (2004)

http://hof.povray.org/mcintoshhdri3.html

9 "Pebbles" by Jonathan Hunt (2008)

"Pebbles" by Jonathan Hunt (2008)

http://hof.povray.org/pebbles.html

10 "Travieso" by Jaime Vives Piqueres (1997)

"Travieso" by Jaime Vives Piqueres (1997)

http://hof.povray.org/5b.html

11 "Victoria's World" by Douglas Eichenberg (2005)

"Victoria's World" by Douglas Eichenberg (2005)

http://hof.povray.org/victoria.html

12 Часть 2 Обзор классической трассировки лучей

Часть 2 Обзор классической трассировки лучей

13 Генерация первичного луча

Генерация первичного луча

Классическая трассировка лучей (eye-based или backward ray tracing): лучи испускаются из камеры (глаза) через каждый пиксель экранной плоскости на модель сцены

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

13

14 Луч не пересекает сцену

Луч не пересекает сцену

Первичный луч может не столкнуться ни с одним объектом сцены. Процесс трассировки обрывается, а соответствующий пиксель закрашивается цветом фона

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

14

15 Луч соударяется с объектом

Луч соударяется с объектом

Иначе среди всех точек соударения выбирается ближайшая. Требуется выяснить, находится ли данная точка в тени, а затем рассчитать вклад прямого и вторичного освещения

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

15

16 Определение затененности точки

Определение затененности точки

Для определения, находится ли точка в тени, следует выпустить вторичный теневой луч (shadow ray) из точки к источнику света. Если теневой луч столкнется с объектом сцены, то точка находится в тени

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

16

17 Расчет прямого освещения

Расчет прямого освещения

Если лучи от источника света достигают точки, то следует рассчитать вклад прямого освещения от данного источника (используются различные модели локального освещения – эмпирические и физически корректные)

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

17

18 Расчет вторичного освещения

Расчет вторичного освещения

Если поверхность объекта обладает отражающими или прозрачными свойствами, то точка может получать дополнительную освещенность через отраженные и преломленные лучи соответственно

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

18

19 Учет отражения света

Учет отражения света

Луч отражения (reflection ray) строится на основе закона отражения (геометрическая оптика): r = i – 2 · n · (n · i)

n

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

19

20 Учет преломления света…

Учет преломления света…

Луч преломления (transparency ray) строится на основе закона преломления (геометрическая оптика): sin(?) / sin(?) = ?2 / ?1 t = (?1 / ?2) · i – [ cos(?) + (?1 / ?2) · (n · i) ] · n, cos(?) = sqrt [ 1 - (?1 / ?2)2 · (1 - (n · i)2) ]

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

20

21 Учет преломления света

Учет преломления света

При переходе из более плотной среды в менее плотную при некотором ? имеет место sin(?) ? 1, что невозможно. В таком случае происходит полное внутреннее отражение (entire inner reflection): sin(?) ? ?2 / ?1

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

21

22 Процесс трассировки…

Процесс трассировки…

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

22

23 Процесс трассировки

Процесс трассировки

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

23

24 Расчет освещенности точки

Расчет освещенности точки

Освещенность каждой точки соударения вычисляется по формуле: Itotal = Ilocal + kreflection · Ireflection + krefraction · Irefraction, где Itotal – полная освещенность узла; Ilocal – локальная освещенность узла; kreflection – задает отражающие свойства поверхности; Ireflection – освещенность вдоль ветки отражения; krefraction – задает преломляющие свойства поверхности; Irefraction – освещенность вдоль ветки преломления

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

24

25 Критерии остановки

Критерии остановки

Насколько глубоким может быть дерево узлов и как далеко прослеживать вторичные лучи? Естественным завершением трассировки является выход всех испущенных вторичных лучей за пределы видимой области и их рассеяние на чисто диффузных объектах; Трассировку лучей можно прекращать, когда вклад от следующего узла ветви становится меньше заданной величины; Для получения оценочного расчета можно оборвать трассировку лучей после выполнения заданного количества итераций

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

25

26 Выводы…

Выводы…

Трассировка лучей – первый метод расчета глобального освещения: визуализация теней, многократных отражений и преломлений Возможность визуализации гладких объектов без интерполяции их полигональными поверхностями (например, треугольниками) Алгоритмическая независимость вычислений – можно параллельно обрабатывать два и более лучей Корректное моделирование различных оптических эффектов (ГРИП – глубина резко изображаемого пространства, ХА – хроматические аберрации)

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

26

27 Выводы

Выводы

Не учитываются каустики и вторичное освещение от диффузно отраженного объектами света Низкая скорость и высокая вычислительная стоимость расчетов Несмотря на корректное моделирование ряда оптических эффектов, трассировка лучей не обеспечивает подлинной фотореалистичности изображений Для обеспечения фотореализма необходимо точное решение основного уравнения визуализации: метод излучательности или метод фотонных карт

Нижний Новгород

Intel Winter School – 2009

27

«Луч 1 класс гармония»
http://900igr.net/prezentacija/informatika/luch-1-klass-garmonija-112979.html
cсылка на страницу
Урок

Информатика

130 тем
Слайды