Image Based Lighting Image Based Lighting Image Based Lighting

Transkrypt

Image Based Lighting
Wykorzystanie obrazów HDR jako $róde# !wiat#a, które o!wietlaj"
syntezowan" scen%.
Obliczanie o!wietlenia bazuj"ce na wykorzystaniu obrazów
Rados#aw Mantiuk
[email protected]
Zastosowania IBL:
•  w metodach syntezy obrazów uwzgl!dniaj"cych o#wietlenie globalne,
•  do $"czenia obiektów syntezowanych z rzeczywistymi fotografiami,
•  do o#wietlania obiektów naturalnych (aktorów graj"cych w bluebox'ach)
•  w technikach mapowania #rodowiska (ang. environment mapping).
Image Based Lighting - Rezultaty syntezy obrazów
Przyk$ady Light Probes
IBL: Tworzenie light probe (1)
Wykonanie serii zdj!% LDR lustrzanej kuli. Utworzenie obrazu HDR na podstawie zdj!%
LDR.
Eucalyptus
Grove
Funston
Beach
•  Obrazy HDR stosowane w metodach IBL musz! rejestrowa" #wiat$o docieraj!ce do
punktu ze wszystkich kierunków (ang. omnidirectional light).
•  Obrazy HDR rejestruj! bezwgl%dn! warto#" #wiat$a mo&na wi%c stosowa"
zaawansowane modele o#wietlenia.
Uffizi
Gallery
Lighting Environments from the Light Probe Image Gallery:
http://www.debevec.org/Probes/
Grace
Cathedral
IBL: Tworzenie light probe (2)
IBL: Synteza obrazów
Tworzenie light probe.
Etapy:
Fotografowanie lustrzanej kuli:
• 
musi by% zachowana odpowiednia odleg$o#% aparatu od kuli (obiektyw o d$ugiej
ogniskowej), aby unikn"% zniekszta$ce& geometrii,
• 
nale'y zwróci% uwag! na obszary, w których informacja jest niepe$na (obszar
zas$oni!ty przez fotografa, brzeg fotografowanej kuli), rozwi"zaniem problemu jest
wykonanie czterech zdj!% co 90 stopni,
• 
odbijalno#% kuli powinna by% skalibrowana (kula odbija w przybli'eniu po$ow!
energii, która w ni" trafia),
• 
kula nie jest idealnie odbijaj"ca, trzeba wzi"% pod uwag! wyst!powanie sk$adowych
diffuse i specular (kula nie mo'e by% porysowana i mokra),
• 
na kuli wyst!puje efekt Fresnal a wywo$any polaryzacj" padaj"cego na ni" #wiat$a,
• 
fotografia musi mie% dostateczn" rozdzielczo#%.
1. 
2. 
3. 
4. 
5. 
6. 
Utworzenie light probe (próbka #wiat$a).
Modelowanie geometrii i w$asno#ci powierzchni.
Mapowanie light probe na powierzchni! otaczaj"c" scen! (o w$asno#ciach
emisyjnych).
Renderowanie sceny (#ledzenie fotonów).
Postprocesing.
Kompresja luminancji otrzymanego obrazu (TMO).
Inne sposoby tworzenia obrazów !rodowiska:
•  ("czenie wielu obrazów w panoram! (ang. tiled photographs).
•  Zastosowanie obiektywu fish-eye (wad" jest silne winietowanie tego typu obiektywów.
•  Zastosowanie kamer do fotografowania panoram (np. firmy Spheron).
IBL - Mapowanie light probe
IBL - Rendering metod" #ledzenia fotonów
Mapowanie light probe na powierzchnie otaczaj"ce scen%.
Obliczanie o!wietlenia globalnego z uwzgl%dnieniem light probe.
Wykorzystany zosta$ do tego celu sze#cian zawieraj"cy obiekty sceny. Light probe
mapowany jest na wewn!trzne #ciany sze#cianu.
Wn!trzne sfery traktowane jest jak zbiór obiektów zawieraj"cy rownie' )ród$a #wiat$a.
IBL - Rendering metod" #ledzenia fotonów
Obliczanie o!wietlenia globalnego z uwzgl%dnieniem light probe.
IBL - Optymalizacja rendering
Jasne obszary na light probe zast!powane
s" powierzchniowymi )ród$ami
#wiat$a o charakterystyce obliczanej
na podstawie light probe (kolor,
rozmiary, po$o'enie).
Identyfikacja $róde# !wiat#a.
Dla ka'dego piksela obrazu, dla którego
promie& trafia w obiekt trzeba
wygenerowa% du'" liczb! promieni
wtórnych próbkuj"cych light probe.
Dla light probe o du'ej wariancji pojawiaj"
si! problemy z dok$adno#ci" próbkowania.
Je'eli wys$ana zosta$a zbyt ma$a liczba
promieni i który# z tych promieni trafi$ w
jasny obszar na light probe (np. s$o&ce) to
wp$yw tego obszaru na kolor piksela jest
bardzo du'y (piksel jest zbyt jasny).
Renderowane s" dwa obrazy: jeden z
uwzgl!dnieniem light probe bez )ród$a
#wiat$a (s$o&ce zamalowane jest na
czarno), drugi tylko z uwzgl!dnieniem
)ród$a #wiat$a. Obrazy s" sk$adane.
Zabieg taki pozwala na generowanie
poprawnych obrazów przy ma$ej liczbie
próbek na piksel.
+
=
Identyczna liczba próbek jak w przyk$adzie z poprzedniego slajdu.
IBL w czasie rzeczywistym
IBL - Cienie i odbicia
Zamiana light probe na zestaw punktowych b"d$ powierzchniowych $róde# !wiat#a.
Obraz mo'na wygenerowa% za pomoc"
metod o#wietlenia globalnego.
Dobre efekty uzyskuje si! równie'
wykorzystuj"c algorytmy
uwzgl!dniaj"ce wy$"cznie #wiat$o
kierunkowe.
Wp#yw sztucznych obiektów na light probe.
Obiekty rzucaj" cie& na otoczenie oraz zmieniaj" kolor otoczenia wskutek odbijania #wiat$a (np. w
pobli'u sztucznej czerwonej kuli otoczenie (pod$o'e) powinno by% lekko czerwone).
Identyfikacja po!o"enia #róde!
$wiat!a w obrazie HDR.
Generowanie cieni polega na przygotowaniu modelu 3D fragmentu #rodowiska, na który maj"
pada% cienie.
IBL - Rezultaty
IBL - Rezultaty
Referencje:
•  Debevec Paul, Image-Based Lighting, ACM SIGGRAPH 2006 Courses.
•  Debevec Paul, Rendering synthetic objects into real scenes: bridging traditional
and image-based graphics with global illumination and high dynamic range
photography, ACM SIGGRAPH 2008 classes.
•  Paul Debevec homepage, http://ict.debevec.org/~debevec/
IBL - O#wietlanie rzeczywistych obiektów
O!wietlanie obrazem HDR rzeczywistych obiektów (np. ludzkiej twarzy).
O!wietlenie mo&na sumowa', tzn. dodawa' do siebie obrazy przedstawiaj"ce obiekty
o!wietlone pojedynczymi $ród#ami !wiat#a w celu uzyskania o!wietlenia z#o&onego
(wieloma $ród#ami !wiat#a).
Obraz HDR otaczaj"cy obiekt
O#wietlanie rzeczywistych obiektów
+
2. Szukanie )róde$ #wiat$a
na obrazie HDR
1. Zdj!cie przedstawiaj"ce np. ludzk" twarz
3. Sumowanie obrazów z
bazy danych. Wybór
obrazów z bazy zale"y od
znalezionego po!o"enia
#róde! $wiat!a.
IBL - Rejestracja modelu twarzy w bazie danych
IBL - Rejestracja modelu twarzy
Urz"dzenie Light Stage wykonanie serii zdj!% z
o#wietleniem z ró'nych
kierunków.
Przygotowanie modelu
o#wietlenia rzeczywistego
obiektu (serii zdj!%
wykonanych przy
o#wietleniu pojedynczym
)ród$em #wiat$a z ró'nych
kierunków)
Urz"dzenie Light Stage - wykonanie serii zdj!% z o#wietleniem z ró'nych kierunków.
IBL - Rejestracja modelu
IBL - Przyk$adowe fotografie z bazy danych
IBL - Rejestracja modelu
Light Stage 6
IBL: Funkcja odbicia
Dla ka'dego piksela obrazu, który
chcemy o#wietli%, tworzona jest funkcja
odbicia (ang. reflectance function).
Funkcja odbicia definiuje wp#yw
poszczególnych $róde# !wiat#a na
dany piksel.
Przyk$adowe fotografie modelu i odpowiadaj"ce im po$o'enie )ród$a #wiat$a.
Funkcja odbicia sk$ada si! z tylu
warto#ci, ile po$o'e& )ród$a #wiat$a
zosta$o zarejestrowane podczas
przygotowania modelu o#wietlenia
obiektu.
IBL - Algorytm sumowania obrazów
IBL - Rezultaty
O!wietlanie obrazem HDR ludzkiej twarzy.
Kolor piksela obrazu wynikowego powstaje poprzez wymno'enie HDRa (light map) i
funkcji odbicia piksela, a nast!pnie zsumowanie wszystkich punktów w próbce. HDR z
map" otoczenia zmniejszany jest do wielko#ci odpowiadaj"cej liczbie punktów w próbce
(liczbie po$o'e& )ród$a #wiat$a w czasie akwizycji modelu).
Zmiana o#wietlenia (ang. image based relighting) wykonywana jest w czasie
rzeczywistym. Mo'liwe jest wykonywanie oblicze& na obrazach skompresowanych (w
dziedzinie cz!stotliwo#ci).
Technologia stosowana w grach komputerowych i do produkcji efektów specjalnych w filamach.
IBL - Rezultaty
IBL - Rezultaty
O!wietlanie obrazem HDR ludzkiej twarzy.
Analiza obrazów, wyodr%binienie kana#ów.
Literatura
1. 
2. 
3. 
P.E. Debevec and J. Malik. Recovering high dynamic range radiance maps from photographs. In Proceedings of SIGGRAPH 97, Computer Graphics Proceedings, Annual
Conference Series, pages 369-378, August 1997.
Erik Reinhard, Greg Ward, Sumanta Pattanaik, and Paul Debevec. High Dynamic Range
Imaging. Morgan Kaufman, Elsevier, 2005.
Paul Debevec, Tim Hawkins, Chris Tchou, Haarm-Pieter Duiker, Westley Sarokin and Mark
Sagar. Acquiring the Reflectance Field of a Human Face. SIGGRAPH 2000 Conference
Proceedings.

Image Based Lighting Image Based Lighting Image Based Lighting

Transkrypt

Podobne dokumenty

LUXIONA Poland SA

Smart City inteligentne zarządzanie zasobami Gminy