Modelos de Reflexão

1. Carlos Oliveira coliveira@inf.puc-rio.br Modelos de Reflexão

2. Sumário • Descrição e objetivo • Iluminação • Modelos de Reflexão • Blinn-Phong • Cook-Torrance • Implementação • Resultados obtidos

3. Descrição e Objetivo • Implementar um programa para exibir uma ou mais esferas exemplificando os diferentes modelos de reflexão utilizados em CG • Leitura do espectro da luz e conversão para RGB • Implementação de um modelo físico, um fenomenológico e uma BRDF

4. luz incidente Iluminação • Tipos de fontes de luz • Ambiente: igual em todas as direções • Difusa: modelo lambertiano • Modela superfície opaca rugosa a nível microscópico • Refletor difuso ideal: • Luz recebida é refletida igualmente em todas as direções • O brilho visto não depende da direção de visualização • Lei de Lambert:

5. Iluminação (cont.) • Especular • Depende da posição do observador • Causada por superfícies lisas ao nível microscópico • Um raio é refletido numa direção única • Direção é definida pela direção de incidência e pela normal • Modelo de Phong: • OpenGL

6. Modelos de Reflexão: vetores N H (R) Fonte N – Normal L – Luz V – Observador R – Refletido H – Halfway R = 2(NL)N – L Modelo Phong padrão H = (V + L) / 2 Modelo Blinn-Phong (o que foi utilizado) (L) L R V x

7. Modelos de Reflexão: Blinn-Phong • Modelo fenomenológico • Modelo Blinn-Phong utilizado • Mais eficiente e fisicamente correto que o Phong por utilizar NH ao invés de RV para a componente especular L(V) = ka La + kd Li (NL) + ks Li (NH)n

8. Modelos de Reflexão: Cook-Torrance • Modelo físico – técnica baseada na física da superfície • F – Fórmula de Fresnel • D – Rugosidade das microfacetas • G – Distribuição geométrica das microfacetas

9. Modelos de Reflexão: Cook-Torrance (cont.) • Fórmula de Fresnel – derivada das equações de Maxwell • Luz incidente normal refletecordasuperfície • Luz incidentetangencialrefletecordaluz • Reflexãoaumenta à medidaque a incidência se tornatangencial • Coeficientes • qi – ângulo de incidênciarelativo a H • qt – ângulo de refraçãorelativo a H • qi = arccos(LH) • sin(qt) = sin(qi) / 

10. Modelos de Reflexão: Cook-Torrance (cont.) • Rugosidade das Microfacetas – caracteriza os declives das microfacetas • Utilizamos a função de distribuição de Beckman para superfícies rugosas • m pequeno (e.g. 0.2) determina superfícies suaves, m grande (e.g. 0.8) determina superfícies rugosas • α = arccos(NH)

11. Modelos de Reflexão: Cook-Torrance (cont.) • Distribuição geométrica das microfacetas – modelo Torrance-Sparrow • Sombreando – luz incidente não alcança o material • Mascarando – luz refletida não alcança o observador • Utilizamos o mínimo Gs = 2(NH)(NV)/(VH) Gm = 2(NH)(NL)/(VH) G = min(1, Gs, Gm)

12. Implementação • Espectro da luz incidente • Leitura do arquivo no formato <lambda>,<intensidade> <lambda>,<intensidade> ... • Conversão do espectro para XYZ • Conversão de XYZ para RGB

13. Implementação (cont.) • Desenhar as duas esferas na tela, utilizando o RGB da luz calculado no passo anterior • A primeira utilizando o modelo Cook-Torrance de iluminação • A segunda utilizando o modelo Blinn-Phong

14. Resultados Obtidos Cook-Torrance Blinn-Phong