PDF de programación - Render - Algoritmos de Representación

6RenderCarlos González [email protected] Grupo de Investigación ORETOEscuela Superior de InformáticaUniversidad de Castilla-La ManchaAnimaciónComunicaciónpara laAlgoritmos de Representación 2Animación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOTabla de Contenidos1. Introducción2. Trazado de Rayos2.1. Algoritmo Recursivo.2.2. Yopyra.3. Radiosidad3.1. Algoritmo Adaptativo.4. Métodos Avanzados4.1. PathTracing.4.2. Photon Mapping.4.3. Metropolis Light Transport.5. Render No Realista6. Superficies Ocultas►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La ManchaPráctica Optativa (Curso 04/05)Realizada por: Javier Verdugo Lara«You know you have been raytracing too long when you actually read all the documentation tat comes with programs» Manual PovRay 3.5. 3 Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup OcultasAnimación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOIntroducción►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La Mancha• El proceso de Render se encarga de convertir una descripción de una escena 3D en una imagen 2D.• La fase de renderizado determina el color más apropiado (p.e. RGB) que se asigna a cada pixel de la escena.• Todos los métodos pretenden dar solución a la ecuación de Kajiya:• El resultado de esta fase será una imagen de tipo Raster (mapa de bits) que represente el entorno 3D.Lox,w=Lex,w∫frx,w',wLix,w'w'⋅ndw' 4 Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup OcultasAnimación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOMétodos de Render►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La Mancha• Según el modelo de iluminación, distinguimos:• Iluminación Local: Sólo considera iluminación desde las fuentes de luz.• Iluminación Global: Considera el “transporte de luz”.• Según el espacio de soluciones:• Dependientes del Punto de Vista: Determinan la solución sólo para el punto de vista actual.• Independientes del Punto de Vista: Calculan la distribución de luz para toda la escena. 5 Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup OcultasAnimación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOMétodos de Render►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La ManchaIluminación LocalVs Iluminación GlobalDep. Pto. VistaVs Indep. Pto. VistaScanLinePathTracingRayTracingRadiosidad 6 Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup OcultasAnimación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOMétodo de Scanline►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La Mancha• Propuesto en 1970 por Bouknight.para cada píxel de la imagen linea := trazar una línea desde cámara a píxel color = scanline(linea)scanline(linea) punto := encontrar intersección más cercano color := color de fondo para cada fuente de luz color := color + iluminacion directa devolver(color)● No permite calcular de forma realista reflexiones y refracciones.● Cálculo de sombras. 7 Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup OcultasAnimación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOTrazado de Rayos►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La Mancha• Es un método propuesto en 1980 por Whitted, capaz de generar imágenes de gran calidad. • Calcula “todos” los rayos de luz que llegan a la cámara (genera un rayo para cada píxel).• El rayo es una línea imaginaria que “viaja” por el entorno 3D recopilando información útil para el render. Así, la escena se calcula en el espacio 3D.• No resultaría práctico trazar todos los rayos de luz que emite una fuente, debido a que éstos rebotan infinidad de veces hasta que son totalmente absorbidos. • Utilización de Trazado de Rayos Retrospectivo. 8Animación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOElementos de un RayTracer►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La Mancha• Cámara• Modelo de “Cámara Oscura”. Asegura que los rayos llegan de una sóla dirección. Imagen final invertida.• Modelo de “Ventana Visual”. Genera una pirámide de rayos. Es el más utilizado en Trazado de Rayos.• Objetos• Construidos como combinación de formas básicas o especificando el conjunto de caras que los forman.• Definidos por la geometría y los materiales asociados a ella. Los materiales conllevan propiedades de transparencias, rugosidad, brillo... Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup Ocultas 9Animación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOElementos de un RayTracer►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La Mancha• Luces• Las luces puntuales producen sombras muy bien definidas. Las áreas de luz, focos, etc... producen sombras suaves.• Rayos• Rayos visuales: Se comprueba si el rayo toca a cada objeto, y el más cercano será el que “vea”. Es la “prueba de intersección rayo/objeto”.• Rayos de sombra: Comienzan en el punto anterior. Se realizan de nuevo pruebas de intersección. Si hay objetos que choquen con este rayo, habrá sombra. Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup Ocultas 10Animación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOElementos de un RayTracer►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La Mancha• Rayos (cont)• Rayos reflejados: Según el tipo de reflexión (difusa o especular), hay diferentes resultados. Calcular la luz que alcanza un punto de reflexión. Los Raytracers limitan los niveles de recursión en la reflexión a calcular. • Rayos transmitidos: Generados por los objetos transparentes. Debido a que el material puede estar tintado o “doblado” por efectos de la refracción, resulta más fácil trazar un nuevo rayo transmitido. Importante: ángulo del rayo con respecto a la superficie y diferencia de densidad. Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup Ocultas 11Animación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOHasta el Inifinito... y más allá!!►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La Mancha• Debido a la simplificación de tomar un número finito de rayos por píxel de la imagen, se producen efectos como:• Aliasing geométrico: Solucionado mediante supermuestreo. Esto hace que el cálculo de la escena sea mucho más lento.• Objetos pequeños pasados por alto: Si el objeto completo se sitúa entre dos píxeles adyacentes, los rayos visuales no lo detectarían. • Problemas en el modelo de luz:• No es sencillo calcular en espejos curvos cómo se refleja un rayos de luz en el modelo retrospectivo. Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup Ocultas 12Animación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETO¿Cómo funciona un RayTracer?►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La ManchaPunto deVistaPlano deImagenRayoVisualRayo deSombraRayo ReflejadoRayo Transmi-tidoRayo de SombraRayo ReflejadoRayo Transmitido Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup Ocultas 13Animación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOPseudocódigo de un RayTracer►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La ManchaProcedimiento RenderImagen() Para cada pixel de la pantalla,Generar un rayo R, desde el punto de vista del observador hacia la posición del plano que se corresponde a ese píxel. K  RayTracing(R,0) Dibujar el pixel con el color K Fin_del_ParaFin_del_Procedimiento• La implementación suele tener la parte de RayTracing especificada de forma recursiva. Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup Ocultas 14Animación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOPseudocódigo de un RayTracer►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La Mancha Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup OcultasColor : Procedimiento RayTracing(rayo R, int Profund) Dis = INFINITO Obj = NULL Para cada objeto de la escena Calcular la distancia (desde el punto inicial de R) a la intersección más cercana de R con el objeto. Si la distancia es menor que Dis Dis = distancia *Obj = objeto Fin_si Fin_para Si Obj != NULL Ponemos la variable de posición Pt como el punto de intersección más cercano de R y Obj. Ponemos el color total C igual a negro RGB(0,0,0). 15Animación para la Comunicación :: Curso 06/076RenderTemaGrupo de Investigación ORETOPseudocódigo de un RayTracer►► Carlos González Morcillo · [email protected] ::: Escuela Superior de Informática / Universidad de Castilla-La Mancha Introducción Raytracing Radiosidad Met. Avanzados RNR Sup Ocultas Para cada fuente de luz en la escena Para cada objeto en la escena Si el objet