1 / 63

Осветление в игрите.

Осветление в игрите. Какво ще представим?. Математически модел за осветление на Kajia Phong, Gourad shading Ambient Occlusion Precomputed Radiance Transfer High Dynamic Range. Rendering. Най-общо да определи цвета на даден пиксел на екрана (RGB), който е асоцииран с даден обект

selina
Télécharger la présentation

Осветление в игрите.

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Осветление в игрите.

  2. Какво ще представим? • Математически модел за осветление на Kajia • Phong, Gourad shading • Ambient Occlusion • Precomputed Radiance Transfer • High Dynamic Range

  3. Rendering • Най-общо да определи цвета на даден пиксел на екрана (RGB), който е асоцииран с даден обект • Цвета на дадена точка от обект зависи от: • Геометрията на обекта (нормалата) • Позиция, цвят и тип на светлините • Позиция на наблюдателя • Повърxността на обекта в точката • Среда на разпространение (вода, пушек, мъгла)

  4. Rendering • Всички повърности на сцената излъчват или отразяват светлина • Цвета на всяка точка се определя от светлината, която влиза в нея от различните посоки и материалът, от който е направена • Процесът на изчисление на осветеността на точка от повърността може да е рекурсивен (color bleeding)

  5. Rendering Equation • Kayia 1986 - Интензитет на светлината, от x към x’ - Visibility function. Показва дали x вижда x’ - Emittance function. Ако x свети в посока x’ - Материал на повърността (BRDF) Интегралът е по всички повърхности в сцената

  6. ако не се виждат ако се виждат Получава различни представяния и опростявания в литературата, например факториация.

  7. Алгоритми • За да се реши това уравнение за крайно време, се правят различни предположения и опростявания • Алгоритмите се делят на два вида • Локални – осветлението точката, зависи само светлината, която влиза от светлнинните източници и материала, от който е направена • Глобални – взима предвид и светлината, която идва от другите обекти от сцената (получават се сенки например) • Зависят от гледната точка – Само за едни настройки на камерата • Не зависят от гледната точка

  8. Алгоритми Локално осветление Глобално осветление

  9. Алгоритми Видове повърхности: • Дифузни (diffuse) – Как изглежда не зависи от наблюдателя • Спекуларни (specular) – С промяната на наблюдателя се променя и вида

  10. Алгоритми Спекуларни повърхности: • Светлината се разпространява в малка област около, близка до ъгъла на отражение на светлината • Огледалата са перфектни спекуларни повърхности, светлината се отразява само в посоката на отражение • Изглеждат “блестящи”

  11. Алгоритми Дифузни повърхности: • Светлината се разпространява във всички посоки • Идеално дифузните повърхности я разпространяват равномерно • Изглеждат матови.

  12. Алгоритми Полупрозрачни повърхности: • Част от светлината прониква под слоя на отражение • Трудно се симулира в реално време

  13. Алгоритми Три вида повърхности:

  14. Линеен оператор Уравнението тогава става: Как се решава това?

  15. Редици на Нюман Итеративен подход:

  16. Редици на Нюман Примери: Изчертават се само повърхностите: Локално осветление: Локално осветление и сенки:

  17. Няколко термина Solid angle – концепцията на двумерния ъгъл, разширена в тримерното пространство. Както окръжността има 2Pi радиана, Така сферата има 4Pi стерадиана

  18. Няколко термина Проекция на безкрайно малка площ върху сфера.

  19. Функции върху сферата Уравнението на Kayia в друг вид: Или g e visibility function

  20. Локално осветление Локално осветление Да си представим, че имаме две светлини от w1 и w2

  21. Локално осветление • Gourad/Phong/Blinn, разделят осветлението на три компонента • Ambient – грубо приближава индиректното осветление • Diffuse и Specular – приближават BRDF • Емпирични модели, не са физически коректни

  22. Gourad Интерполиране в GPU: Всеки атрибут, който излезе от вертексния Шейдър се интерполира за тригъгълник Картинка интерполация на вертекси

  23. Gourad/Phong • Цветът се изчислява за всеки вертекс и • Изчисления цвят се интерполира за триъгълника • Phong – Интерполира нормалата на вертекса и се изчислява осветлението за всеки пиксел

  24. Gourad/Phong

  25. Компоненти Амбиент – приближава индиректното осветление.

  26. Компоненти Дифузен стойностиза k 0,0.25,0.5,0.75,1

  27. Компоненти Спекуларен k=0,0.25,0.5,0.75,1 =5,25,75,125,255

  28. Компоненти • Blinn • Основно предимство – H се изчислява само веднъж на кадър

  29. Ambient Occlusion • Ambient е груба апроксимация на индиректното осветление в сцената. Аналогично на това да апроксимирате една функция с константа. • AO заменя Ambient за всяка точка, може да се изчислява за вертекс или за пиксел

  30. Ambient Occlusion • Изчислява се offline с рейтресър. От полусферата над точката се изстрелват лъчи и се брои • Колко от тях се пресичат с геометрията. • Накрая се формира

  31. Ambient Occlusion • 1.occlusion • 2. локално осв. • 3. комбинирано

  32. Ambient Occlusion • Изисквания: • Дифузни повърхности • Статична геометрия • Константно осветление Ambient Occlusion map

  33. Ambient Occlusion

  34. Ambient Occlusion

  35. Сферични хармоници • За пръв път показан от Peter Sloan (2002) • Осветлението е далечно (от слънцето) • Работи бързо за дифузни повърхности • Основната идея е да се приближи пак индиректното осветление • Комбинира се други методи (shadow maps) • Осветлението може да се сменя динамично (ден/нощ)

  36. Сферични хармоници • За дифузни повърхности предполагаме, че не зависят от наблюдателя • Останалите две функции се разлагат по базис • За всеки вертекс/пиксел

  37. Ортонормални полиноми • Полиноми дефинирани в област, такива че: • Такива полиноми образуват базис в пространството от непрекъснати функции в тази област, така че всяка функция е изпълнено

  38. Дефиниция • Некаединичната сфера е параметризирана • Сферични хармоници • са асоциираните полиноми на Льожандр

  39. Полиноми на Льожандр • Некаединичната сфера е параметризирана

  40. Дефиниция • В графиката се задават като реална и имагинера част • Ако m=0 полиномите се казват Зонални хармоници • l- се нарича “band” • 2l+1 функции в “band”

  41. Дефиниция

  42. Дефиниция

  43. Дефиниция • Сферичните хармоници образуват базис върху сферата

  44. Дефиниция

  45. Пример

  46. Пример • Повърхнина на функция • Като преминем към сферични координати

  47. Пример • Това може да се изчисли приближено • Квадратурни формули • Монте Карло алгоритъм (за 10000 точки върху сферата)

  48. Пример [0.39925, -0.21075, 0.28687, 0.282277, -0.31530, -0.00040, 0.13159, 0.00098, -0.09359, -0.00072, 0.12290, 0.30458, -0.16427, -0.00062, -0.09126] • И когато реконструираме с тези коефициенти, получаваме:

  49. Пример • Сферичните хармоници са ротационно инвариантни • Това основно означава, че когато въртим светлинните източници, можем да въртим техните проекции

  50. SH SH Пример ротация ротация

More Related