Sombras y Reflexión

1. Laboratorio de Computación Grafica Universidad Central de Venezuela Sombras y Reflexión Ernesto Coto

2. Contenido • Introducción • Sombras • Sombras Falsas • Sombras Planares • Texturas de Sombra • Mapas de Luz • Z-Buffer de Sombras • Volúmenes de Sombra • Reflexiones • Reflexión Planar • Reflexión Planar utilizando Aplicación de Texturas Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

3. Conocimientos Previos • Iluminación • Reflexión • Mapeo de texturas • Despliegue de objetos 3D • Z-Buffering • Proyecciones • Blending Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

4. Introducción • Generar una escena usando modelos de iluminación local no la hace lucir real • Utilizar modelos de iluminación global puede ser muy costoso • Agregar simulaciones de fenómenos naturales puede hacer que una imagen luzca más real Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

5. Introducción • Agregar sombras y reflexiones a la escena es una buena alternativa Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

6. Sombras

7. Sombras • Las sombras indican la posición relativa del objeto Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

8. Sombras • Sombras Duras y Suaves Fuente en forma de punto Fuente en forma de área Umbra Penumbra Umbra Penumbra Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

9. Sombras • Sombras Duras y Suaves Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

10. Sombras • Los algoritmos de sombras determinan que objetos son alcanzables por la luz • Para escenas donde la luz esta fija, las sombras pueden precalcularse • El costo viene cuando las luces se mueven Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

11. Sombras • Sombras Falsas • Dibujar en el plano un polígono que se asemeje a la silueta del objeto y x z Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

12. Sombras • Sombras Planares • Proyectar modelo 3D en un plano base Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

13. Sombras • Sombras Planares • No es necesario determinar que partes del objeto son alcanzadas por la luz • Soporta luces direccionales o de foco • Produce sombras duras Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

14. Sombras • Sombras Planares • Solo puede aplicarse a planos • Pilas de polígonos crean efecto de Z-fighting • El plano de proyección de la sombra es finito Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

15. Sombras • Texturas de sombra • Para cada objeto sombreado, proyectar los polígonos que ocluyan la luz en el plano de sombra del polígono • Usar “additiveblending” para acumular todas las contribuciones • Copie el resultado en una textura • Dibuje el polígono en la escena final con la textura de sombra Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

16. Sombras • Texturas de sombra • La textura cambia si la luz cambia Textura de Sombra Imagen Final Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

17. Sombras • Mapas de Luz • Es una textura de sombra estática • Consiste en añadir una segunda textura a las caras existentes en una escena 3D Textura Original Mapa de Luz Textura + Mapa de Luz Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

18. Sombras • Mapas de Luz • Las texturas suelen calcularse usando una técnica basada en iluminación global Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

19. Sombras • Z-Buffer de sombras • También llamado Mapa de Sombra • La escena se despliega vista desde la luz y la información de profundidad se almacena en el Z-Buffer de sombras Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

20. Sombras • Z-Buffer de sombras • Despliegue la escena desde el ojo • Transforme todo píxel (visible) al espacio de coordenadas de la luz • Compare valores de profundidad • Si es idéntico, el píxel esta iluminado • De lo contrario es una sombra • Calcule un Mapa de Sombras para cada luz Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

21. Sombras • Z-Buffer de sombras Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

22. Sombras • Z-Buffer de sombras • Puede simular sombras en cualquier escena en la que pueda utilizarse Z-buffering • Requiere un Z-buffer separado para cada luz • Para N luces, cada polígono se despliega N+1 veces Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

23. Sombras • Volúmenes de Sombra • Un volumen de sombra es el volumen invisible originado por la sombra de un objeto Luz Volumen de Sombra Polígono Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

24. Sombras • Volúmenes de Sombra • Para cada polígono, calcule su volumen de sombra Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

25. Sombras • Volúmenes de Sombra • Para cada punto visible • Para cada volumen de sombra • Si el punto esta dentro de un volumen, está en una sombra Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

26. A -1 -1 B +1 -1 +1 +1 +1 C +1 Sombras • Volúmenes de Sombra Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

27. Sombras • Volúmenes de Sombra • El cálculo de las siluetas es costoso • El despliegue de los polígonos es mas costoso • Proporciona sombras precisas • Soporta múltiples fuentes de luz Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

28. ReflexiónVisual

29. Reflexiones • Aumenta el realismo de la escena • El trazado de rayos maneja reflexiones pero a un alto costo computacional • Veremos técnicas sencillas para generar reflexiones Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

30. Reflexiones • Reflexiones Planares • Basados en la Ley de Reflexión: “El ángulo de entrada es igual al de salida” • Redibujar el objeto invertido con la superficie reflectora como plano de referencia Z Objeto Plano (Espejo) Reflejo Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

31. Problema !!! Reflexiones • Reflexiones Planares Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

32. Reflexiones • Reflexiones Planares Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

33. Reflexiones • Reflexiones Planares • Lo que se hizo fue reflejar el mundo sobre el espejo • Pero también es posible reflejar el punto de vista sobre el espejo, para obtener lo que se ve en el espejo Ojo reflejado Reflejo Objeto Ojo Plano (Espejo) Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

34. Reflexiones • Reflexiones Planares • Cambie la posición y dirección de la cámara en el plano, luego despliegue Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

35. Reflexiones • Reflexiones Planares usando Mapeo de Texturas • Similar al anterior • Despliegue la escena • Copie la imagen a una textura • Mapear la textura en el polígono reflector Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

36. Reflexiones • Reflexiones Planares usando Mapeo de Texturas Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

37. Resumen • Motivación • Concepto de Algoritmo de Sombras • Tipos de Sombras • Técnicas de generación de sombras • Reflexiones planares Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

38. Bibliografía • Atherton, P. R.; Weiler, K. ; Greenberg, D. Polygon Shadow Generation. Proceedings of SIGGRAPH 78, vol. 12, num. 3. pp. 275-281. New York, 1978. • Bilodeau, Bill; Songy, Mike. Real Time Shadows. Creativity '99, Creative Labs Inc. sponsored game developer conferences, Los Angeles, California, and Surrey, Inglaterra. Mayo, 1999. • Moller, Tomas ; Haines, Eric. Real-Time Rendering. A.K. Peters, Ltd. 1999. • Woo, Andew ; Poulin, Pierre ; Fournier, Alain. A Survey of Shadow Algorithms. IEEE Computer Graphics and Applications, vol. 10, num. 6, Noviembre, 1990. Ernesto Coto - Sombras y Reflexión

39. Preguntas Ernesto Coto - Sombras y Reflexión