Computer Graphik

Transcrição

Computer Graphik

How to make a PIXAR movie
Photon Mapping
computer graphics & visualization
Motivation
Quelle [1]
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Index
1 – Einführung
2 – Photon Mapping
3 – Photon Tracing
4 – Radiance Estimate
5 – Rendern
6 – Irradiance Caching
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Kaustiken
Entstehen durch Spiegelung/Brechung
Quelle [2]
Quelle [3]
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Renderequation
Gesamt = Emittiert + Reflektiert
Reflektiert = Strahlung aus allen Richtungen
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Globale Beleuchtung
Direkte
Diffus
Kaustik
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Lösung mit Pathtracing
• Viele Samples pro Pixel
• Diffuse indirekte Beleuchtung sehr
langsam
• Partiell extremer Aufwand für
Kaustiken
Problem:
• Indirekte Beleuchtung generell möglich aber langsam
• Bildqualität bei Kaustiken unakzeptabel
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Beispiele
Quelle [4]
Quelle [5]
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Index
1 – Einführung
5 – Rendern
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Photon Mapping
• Tracing von Lichtquellen aus
• Particle Tracer
• Simuliert Brechung, Streuung
und Spiegelung
Vorteile:
• Unabhängig von der Geometrie
• Unabhängig vom Betrachter
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Two-Pass Algorithm
Quelle [6]
1. Schritt:
Photon Map
Quelle [7]
2. Schritt:
Rendern
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Index
1 – Einführung
5 – Rendern
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Photon Tracing
1. Aussenden
2. Tracen
3. Speichern
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Lichttypen
Pointlight
Area Light
Spherical Light
Directional Light
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Projection Maps
• Photonen ohne Treffer
• Kein gezieltes Photon
Tracing möglich
• Lösung: Projection Maps
Wie sieht die Lichtquelle die Szene?
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Projection Maps
• Hemisphäre partitionieren
• Nur in Partitionen mit
Objekten Tracen
• Tracen von ausgewählten
Objekten möglich
• Spezielle Caustics Map
möglich
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Photon Scattering
Diffus
Spiegelnd
Neues Photon mit:
Neues Photon mit:
• Zufälliger Richtung
• Spiegelrichtung
• Skalierter Leistung
• Skalierter Leistung
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Russian Roulette
Problem:
• Viele Photonen
• Unterschiedliche Leistung
Lösung:
• Komplett absorbieren oder Komplett weiterleiten
• Alle Photonen haben gleiche Leistung
• Ingesamt bessere Verteilung
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Speicherung
Wann werden Photonen gespeichert?
• Nicht auf spiegelnden Flächen
• Liefert keine sinnvollen
Informationen
• Nur auf diffusen Flächen
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Datenstruktur
Photon:
struct photon {
float x,y,z;
//position
float p[3];
char phi, theta;
//power
//incident direction
short flag;
//flag for kdtree
}
kd-Baum:
• Beliebiges Photon in O(log n)
• kompakte Speicherung möglich
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Index
1 – Einführung
5 – Rendern
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Radiance Estimate
Auswertung an Punkt x?
→
Näherung:
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Probleme
Dunkle Ecken
Color Bleeding
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Index
1 – Einführung
5 – Rendern
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Rendern
Welche Werkzeuge haben wir?
• Pathtracing
• Photon Mapping
Was brauchen wir?
• Direkte Beleuchtung: Raytracing
• Kaustiken: Photon Mapping
• Indirekte Beleuchtung:
- Pathtracing: genau aber langsam
- Photon Mapping: schnell aber ungenau
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Rendern der direkten Beleuchtung
• Berechnung trivial
• kein Pathtracing nötig
Raytracing
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Zwischenergebnis
Quelle [8]
Nur direkte Beleuchtung
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Rendern der Kaustiken
• Viele Photonen in der
Caustic Map
• Radiance Estimate
reicht
Radiance Estimate mit der Caustic Map
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Zwischenergebnis
Quelle [9]
Direkte Beleuchtung + Kaustiken
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Rendern der indirekten Beleuchtung
• Pathtracing zu
aufwändig
• Radiance Estimate zu
ungenau
Pathtracing mit wenigen Samples +
Radiance Estimate mit der Photon Map
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Endergebnis
Quelle [10]
Globale Beleuchtung
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Weiteres Beispiel
Quelle [11]
Pathtracing mit 1000
Samples
Quelle [12]
Photon Mapping mit
10.000 Photonen
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Index
1 – Einführung
5 – Rendern
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Irradiance Caching
Beobachtung:
• Indirekte Beleuchtung ändert sich langsam
• Kaustiken werden getrennt berechnet
Kriterien:
• Abstand zwischen x und xi
• Verhältnis der Normalen
Zusätzlich wichtig:
• Wie sieht Szene um xi aus?
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Beispiel
Quelle [13]
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Fazit
Photon Mapping...
...erweitert Raytracing basierte Verfahren
...beschleunigt indirekte Beleuchtung
…ermöglicht effiziente Kaustiken
Offene Fragen?
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Bildquellen
[1] - http://www.kraytracing.com/gallery/scaled/room_A.jpg
[2] - http://graphics.ucsd.edu/~henrik/images/metalring.jpg
[3] - http://fc05.deviantart.net/fs13/f/2007/065/a/3/Glass___VRay_Caustics_Test
[4] - http://www.ocf.berkeley.edu/~yjia/pathtracer/caustics-refl-4000-2hr.png
[5] - http://www.ocf.berkeley.edu/~yjia/pathtracer/caustics-10000-3hr.png
[6] - http://jgt.akpeters.com/papers/Christensen99/Fig2a.jpg
[7] - http://jgt.akpeters.com/papers/Christensen99/Fig2e.jpg
[8] - http://graphics.ucsd.edu/~henrik/images/imgs/cboxsoft.jpg
[9] - http://graphics.ucsd.edu/~henrik/images/imgs/cboxcau.jpg
[10] - http://graphics.ucsd.edu/~henrik/images/imgs/cboxgi.jpg
[11] - http://www.cs.rpi.edu/~cutler/classes/advancedgraphics/S09/lectures/
19_irradiance_caching_photon_mapping.pdf
[12] - http://www.cs.rpi.edu/~cutler/classes/advancedgraphics/S09/lectures/
19_irradiance_caching_photon_mapping.pdf
Photon Mapping
Leonhard Rabel
Bildquellen
[13] - http://graphics.stanford.edu/courses/cs348b-00/lectures/lecture15/talk.pdf
Photon Mapping
Leonhard Rabel

Computer Graphik

Transcrição

Documentos relacionados

vizrt gründet Geschäftsbereich für Informationsgrafiken

Mind Mapping - Trainerwerkzeug (fast) ohne Grenzen, Arthur Hornung

Meine Geschichte der DDR Leonhard, Wolfgang - H-Soz-Kult

photon energy bringt mit dena deutsche solar

FTP Datenübertragung zu Elch Graphics 1 2

SelectLine in der Praxis Schriftenproduktion

Datenübertragung über den Webbrowser

Methodenblatt 9: Mind Maps erstellen

Lesen Sie mehr

Leonhard Wilhelm Jansen - Senioren