Iluminación Global: Mapa de Fotones

Rubén Penalva AmbronaUniversidad Autónoma de Madrid

e-mail: angusttd@hotmail.com

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IntroducciónIntroducción

Objetivo: Conseguir imágenes sintéticas Objetivo: Conseguir imágenes sintéticas foto-realistasfoto-realistas

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Introducción: La ecuación de Introducción: La ecuación de renderingrendering

En la naturaleza hay multitud efectos En la naturaleza hay multitud efectos luminosos.luminosos.

La ecuación de rendering nos permite La ecuación de rendering nos permite modelarlosmodelarlosLr = LLr = Ldirectadirecta + L + Lespecularespecular + L + Lcausticacaustica + + LLindirectaindirecta

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Introducción: EjemplosIntroducción: Ejemplos

Iluminación Directa + EspecularIluminación Directa + Especular

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Introducción: EjemplosIntroducción: Ejemplos

Iluminación directa + Especular + Iluminación directa + Especular + CausticasCausticas

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Introducción: EjemplosIntroducción: Ejemplos

Iluminación directa + Especular + Iluminación directa + Especular + Causticas + IndirectaCausticas + Indirecta

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Introducción: Ray TracingIntroducción: Ray Tracing

Ray Tracing:Ray Tracing:Pros:Pros:

Solución elegante y rápida.Solución elegante y rápida.

No dependiente de la geometría.No dependiente de la geometría.

Reflexiones especulares son sencillas.Reflexiones especulares son sencillas.

Cons:Cons:No cubre todos las partes de la ecuación de No cubre todos las partes de la ecuación de rendering!: ni iluminación indirecta ni causticas.rendering!: ni iluminación indirecta ni causticas.

Soluciónes?Soluciónes? Path tracing -> muy lento! Path tracing -> muy lento!

Constante de iluminación ambiental -> no es Constante de iluminación ambiental -> no es fisicamente correcto, depende del artista, …fisicamente correcto, depende del artista, …

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Mapa de Fotones: DescripciónMapa de Fotones: Descripción

Es un algorítmo de iluminación global Es un algorítmo de iluminación global desarrollado en 1993-1994 por Henrik desarrollado en 1993-1994 por Henrik JensenJensen

Nos permite separar la ecuación de Nos permite separar la ecuación de rendering en varias partes rendering en varias partes independientes entre si. Pudiendose independientes entre si. Pudiendose usar diferentes algoritmos para cada usar diferentes algoritmos para cada una.una.

Junto con ray tracing cubre todas las Junto con ray tracing cubre todas las partes de la ecuación de renderingpartes de la ecuación de rendering

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Mapa de fotones: AlgoritmoMapa de fotones: Algoritmo

Es un algoritmo de dos pases.Es un algoritmo de dos pases.

Primer pase: Lanzamiento de fotonesPrimer pase: Lanzamiento de fotonesDependiente de las luces de la escenaDependiente de las luces de la escena

Diferentes tipos de luces: focal, puntual,…Diferentes tipos de luces: focal, puntual,…

Ruleta rusaRuleta rusa

Se obtiene un mapa con los fotonesSe obtiene un mapa con los fotones

Segundo pase: RenderizadoSegundo pase: RenderizadoSe usa el mapa de fotones para visualizar la Se usa el mapa de fotones para visualizar la escena.escena.

Ray tracingRay tracing

Dependiente de la vistaDependiente de la vista

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Mapa de fotones: Primer paseMapa de fotones: Primer pase

Fotón:Fotón:DirecciónDirección

PosiciónPosición

EnergíaEnergía

Luz:Luz:Puntual, cuadrada, complejaPuntual, cuadrada, compleja

Lanzamiento de fotonesLanzamiento de fotonesDepende de la luz que lo emita.Depende de la luz que lo emita.

Técnicas de Monte-Carlo para lanzarlos Técnicas de Monte-Carlo para lanzarlos aleatoriamente.aleatoriamente.

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Mapa de fotones : Primer paseMapa de fotones : Primer pase

Dinámica del fotón:Dinámica del fotón:Puede pasar tres cosasPuede pasar tres cosas

ReflexiónReflexión

TransmisiónTransmisión

AbsorciónAbsorción

Depende de las propiedades de los objetos con Depende de las propiedades de los objetos con los que choque.los que choque.

Difuso y Especular.Difuso y Especular.

Difuso:Difuso:Absorción y reboteAbsorción y rebote

Especular:Especular:Reflexión y/o transmisiónReflexión y/o transmisión

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Mapa de Fotones: Primer PaseMapa de Fotones: Primer Pase

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Mapa de fotones : Primer PaseMapa de fotones : Primer Pase

Ruleta rusa:Ruleta rusa:Técnica estocástica que elimina fotones no Técnica estocástica que elimina fotones no importantes para que los cálculos se centren en importantes para que los cálculos se centren en los importantes.los importantes.

Ejemplo:Ejemplo:Objeto con factor especular 0.5Objeto con factor especular 0.5

Sin ruleta rusa: se reflejan 1000 fotones con la mitad Sin ruleta rusa: se reflejan 1000 fotones con la mitad de la energía.de la energía.

Con ruleta rusa: se reflejan 500 fotones con la Con ruleta rusa: se reflejan 500 fotones con la energia.energia.

La ruleta rusa nos permite seleccionar esos 500 La ruleta rusa nos permite seleccionar esos 500 fotonesfotones

Intervalo de selección:Intervalo de selección:

                                                                                                                 

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Mapa de fotones: Primer PaseMapa de fotones: Primer Pase

Resultado: Mapa de fotones.Resultado: Mapa de fotones.

Representa la iluminación de la escena.Representa la iluminación de la escena.

Organización del mapa: Organización del mapa: Estructuras de subdivisión espacial eficientes: Estructuras de subdivisión espacial eficientes: kd-tree, diagrama de voronoi…kd-tree, diagrama de voronoi…

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Mapa de fotones: Primer PaseMapa de fotones: Primer Pase

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Mapa de fotones: Segundo PaseMapa de fotones: Segundo Pase

Visualización del mapa de fotonesVisualización del mapa de fotones

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Mapa de fotones: Segundo PaseMapa de fotones: Segundo Pase

Se usa back ray tracing.Se usa back ray tracing.

Lanzamiento de rayos por cada uno de Lanzamiento de rayos por cada uno de los pixeles de la pantalla.los pixeles de la pantalla.

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Mapa de fotones: Segundo PaseMapa de fotones: Segundo Pase

Estimación de la radiaciónEstimación de la radiación

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Mapa de fotones: Segundo PaseMapa de fotones: Segundo Pase

Factores en la estimación:Factores en la estimación:Radio de la búsqueda.Radio de la búsqueda.

Número de vecinos.Número de vecinos.

Errores en la estimación!Errores en la estimación!En las esquinas de los objetos.En las esquinas de los objetos.

Solución: Aplicar peso a los más ceranos…Solución: Aplicar peso a los más ceranos…Filtro Gaussiano, Filtro cónico, …Filtro Gaussiano, Filtro cónico, …

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EjemplosEjemplos

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EjemplosEjemplos

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EjemplosEjemplos

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EjemplosEjemplos

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EjemplosEjemplos

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Ejemplos: El proyecto :PEjemplos: El proyecto :P

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Ejemplos: El proyecto :PEjemplos: El proyecto :P

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Ejemplos: El proyecto :PEjemplos: El proyecto :P

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Ejemplos: El proyecto :PEjemplos: El proyecto :P

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Ejemplos: El proyecto :PEjemplos: El proyecto :P

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Recursos AdicionalesRecursos Adicionales

Página Web de Henrik Jensen:Página Web de Henrik Jensen:http://graphics.ucsd.edu/~henrikhttp://graphics.ucsd.edu/~henrik

Libro de Henrik Jensen:Libro de Henrik Jensen:Jensen, Henrik W., Realistic Image Synthesis Using

Photon Mapping, A K Peters, Ltd., Massachusetts, 2001

Photon Mapping by Zack WatersPhoton Mapping by Zack Watershttp://web.cs.wpi.edu/~emmanuel/courses/http://web.cs.wpi.edu/~emmanuel/courses/

cs563/write_ups/zackw/photon_mapping/cs563/write_ups/zackw/photon_mapping/PhotonMapping.htmlPhotonMapping.html