Imagem abstrata de uma mulher sentada em livros e estudando em um laptop

Introdução ao Algoritmo Photon Mapping

Vitor Pamplona, profile picture
Vitor Pamplona

O documento apresenta os principais conceitos do método de mapeamento de fótons para iluminação global. Primeiramente, fótons são lançados pelas fontes de luz na cena e armazenados em uma estrutura de dados quando atingem superfícies difusas. Posteriormente, durante o traçado de caminhos, a iluminação em cada ponto é estimada com base nos fótons vizinhos armazenados, resolvendo a cor final do pixel. O mapeamento de fótons permite simular efeitos complexos de iluminação indireta e

Tecnologia
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Modelos de Iluminação Global Vitor F. Pamplona http://blogs.intel.com/research/2007/10/real_time_raytracing_the_end_o.php
Ray Tracing Pov-Ray Copyright Vitor F. Pamplona Gallery: http://www.povray.org/ 4
Ray Tracing Copyright Vitor F. Pamplona http://richardpage.wordpress.com/ 5
Ray Tracing ● Apresentado por Turner Whitted em 1979 ● Lança raios a partir do observador ● um por pixel ● encontra o objeto mais próximo na direção do raio ● Ao atingir uma superfície, pode-se gerar 3 tipos de raio: ● Reflexão para superfícies espelhadas (lei de reflexão) ● Refração para superfícies transparentes (lei de Snell) ● Sombra para identificar se está visível em relação a luz ● Fonte de luz pontual Copyright Vitor F. Pamplona 6
Radiosidade Copyright Vitor F. Pamplona http://richardpage.wordpress.com/ 7
Radiosidade Copyright Vitor F. Pamplona http://www.cs.dartmouth.edu/~spl/Academic/ComputerGraphics/Fall2004/ 8
Radiosidade ● Apresentado por Goral et al. em 1984 ● Contempla superfícies puramente difusas ● Divide a cena em pequenas superfícies (patches) ● Para cada par de superfícies ● Calcular um coeficiente de visibilidade (Form Factor) ● Resolver o sistema linear Energia Emitida N Form Factor B j = E j  p j ∑ B i F ij i=1 Radiosidade Refletividade Copyright Vitor F. Pamplona 9
Introdução ao Photon Mapping Vitor F. Pamplona Courtesy of Hosuk Chang
Photon Mapping na Indústria Pixar's Ratatouille, 2007. Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen e Per Christensen. High Quality Rendering Using Ray Tracing and Photon Mapping. Siggraph 2007 11
Photon Mapping na Indústria Pixar's Ratatouille, 2007. Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen e Per Christensen. High Quality Rendering Using Ray Tracing and Photon Mapping. Siggraph 2007 12
Photon Mapping na Indústria Pixar's Ratatouille, 2007. Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen e Per Christensen. High Quality Rendering Using Ray Tracing and Photon Mapping. Siggraph 2007 13
Photon Mapping na Indústria Pixar's Ratatouille, 2007. Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen e Per Christensen. High Quality Rendering Using Ray Tracing and Photon Mapping. Siggraph 2007 14
Photon Mapping na Indústria Pixar's Ratatouille, 2007. Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen e Per Christensen. High Quality Rendering Using Ray Tracing and Photon Mapping. Siggraph 2007 15
Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Consulta os fótons vizinhos ao ponto de intersecção – Soma a energia destes fótons – Aplica sobre a BRDF da superfície Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 16
Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Consulta os fótons vizinhos ao ponto de intersecção – Soma a energia destes fótons – Aplica sobre a BRDF da superfície Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 17
Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Estima a iluminação no ponto em função dos fótons vizinhos – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 18
Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Estima a iluminação no ponto em função dos fótons vizinhos – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 19
Cena do Exemplo Copyright Vitor F. Pamplona 20
Photon Tracing Luz Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 21
Photon Tracing Luz Lançar Fótons Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 22
Photon Tracing Luz Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 23
Photon Tracing Luz Roleta Russa Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 24
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Roleta Russa 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 25
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Roleta Russa 0.6 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 26
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Roleta Russa 0.6 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 27
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Roleta Russa 0.6 Reflete 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 28
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Absorve Roleta Russa 0.6 Reflete 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 29
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Absorve 0.6 Absorveu Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.9 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 30
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Refletiu Absorve 0.6 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.1 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 31
Photon Tracing Luz Roleta Russa Refletiu 1.0 Absorve 0.6 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.2 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 32
Photon Tracing Luz Absorveu Roleta Russa Refletiu 1.0 Absorve 0.6 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.8 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 33
Photon Tracing Luz Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 34
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 0.0 Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 35
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 0.95 0.0 Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 36
Photon Tracing Luz Roleta Russa Absorve 1.0 0.95 Reflete 0.0 Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 37
Photon Tracing Luz Roleta Russa Absorve 1.0 0.95 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.5 Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 38
Photon Tracing Luz Roleta Russa Absorve 1.0 0.95 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.5 Refletiu Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 39
Photon Tracing Luz Roleta Russa Absorve 1.0 0.95 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.5 Refletiu Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 40
Photon Tracing Luz Refletiu Vidro Espelho Absorveu Copyright Vitor F. Pamplona 41
Photon Tracing Luz Refletiu Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 42
Photon Tracing Luz Vidro Espelho Refletiu Copyright Vitor F. Pamplona 43
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 0.0 Vidro Espelho Refletiu Copyright Vitor F. Pamplona 44
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 0.8 0.0 Fresnel: 0.8 Vidro Espelho Refletiu Copyright Vitor F. Pamplona 45
Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.8 Reflete 0.0 Fresnel: 0.8 Vidro Espelho Refletiu Copyright Vitor F. Pamplona 46
Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.8 Reflete 0.0 Fresnel: 0.8 N. Sorteado: 0.5 Vidro Espelho Refletiu Copyright Vitor F. Pamplona 47
Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.8 Reflete 0.0 Fresnel: 0.8 N. Sorteado: 0.5 Vidro Espelho Refletiu Absorveu Copyright Vitor F. Pamplona 48
Photon Tracing Luz Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 49
Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 50
Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.7 Reflete 0.0 Fresnel: 0.7 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 51
Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.7 Reflete 0.0 Fresnel: 0.7 N. Sorteado: 0.9 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 52
Photon Tracing Luz Refratou Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 53
Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.7 Reflete 0.0 Fresnel: 0.7 Refratou N. Sorteado: 0.8 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 54
Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.7 Reflete 0.0 Fresnel: 0.7 N. Sorteado: 0.8 Vidro Espelho Refratou Absorveu Copyright Vitor F. Pamplona 55
Photon Tracing Copyright Vitor F. Pamplona 56
Iluminação Direta Copyright Vitor F. Pamplona 57
Iluminação Indireta Copyright Vitor F. Pamplona 58
Cáusticas Copyright Vitor F. Pamplona 59
Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Estima a iluminação no ponto em função dos fótons vizinhos – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 60
Path Tracing Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 61
Path Tracing Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 62
Path Tracing N=3 p3 p2 p1 x Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 63
Path Tracing N=3 p3 p2 p1 x V Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 64
Path Tracing N=3 p3 p2 p1 x V 3 ∑ E  pi  I x = i=1 V Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 65
Path Tracing N=3 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 66
Path Tracing N=3 Vidro Espelho x Copyright Vitor F. Pamplona 67
Path Tracing N=3 Vidro Espelho x Copyright Vitor F. Pamplona 68
Path Tracing N=3 p1 Vidro Espelho x V p3 p2 Copyright Vitor F. Pamplona 69
Path Tracing N=3 3 ∑ E  pi  I x = i=1 V p1 Vidro Espelho x V p3 p2 Copyright Vitor F. Pamplona 70
Path Tracing N=3 Vidro Espelho x Copyright Vitor F. Pamplona 71
Path Tracing N=3 Vidro Espelho x Copyright Vitor F. Pamplona 72
Path Tracing N=3 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 73
Path Tracing N=3 Vidro Espelho x Copyright Vitor F. Pamplona 74
Path Tracing N=3 Vidro Espelho p1 p3 x p2 Copyright Vitor F. Pamplona 75
Path Tracing N=3 3 ∑ E  pi  I x = i=1 V Vidro Espelho V p1 p3 x p2 Copyright Vitor F. Pamplona 76
Path Tracing N=3 Vidro Espelho p1 p3 x p2 Copyright Vitor F. Pamplona 77
Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Estima a iluminação no ponto em função dos fótons vizinhos – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 78
Calculando a Radiância do Ponto X  x Copyright Vitor F. Pamplona 79
Calculando a Radiância do Ponto X  x r Copyright Vitor F. Pamplona 80
Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r Copyright Vitor F. Pamplona 81
Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r Copyright Vitor F. Pamplona 82
Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r N 1 I x  x , = 2 ∑ f r  x , ' i ,  pi   r i=1 BRDF Consulta ao Área do Photon Map Círculo Copyright Vitor F. Pamplona 83
Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r N 1 I x  x , = 2 ∑ f r  x , ' i ,  pi   r i=1 BRDF Consulta ao Área do Photon Map Círculo Copyright Vitor F. Pamplona 84
Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r N 1 I x  x , = 2 ∑ f r  x , ' i ,  pi   r i=1 BRDF Consulta ao Área do Photon Map Círculo Copyright Vitor F. Pamplona 85
Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r N 1 I x  x , = 2 ∑ f r  x , ' i ,  pi   r i=1 BRDF Consulta ao Área do Photon Map Círculo Copyright Vitor F. Pamplona 86
Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r N 1 I x  x , = 2 ∑ f r  x , ' i ,  pi   r i=1 BRDF Consulta ao Área do Photon Map Círculo Copyright Vitor F. Pamplona 87
Resultado Copyright Vitor F. Pamplona 88
Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Estima a iluminação no ponto em função dos fótons vizinhos – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 89
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária Copyright Vitor F. Pamplona 90
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 91
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 92
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 93
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 94
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 95
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 96
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 97
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 p1 p2 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 98
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 p1 p2 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 99
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 p1 p2 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 100
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 101
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 102
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Copyright Vitor F. Pamplona 103
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Copyright Vitor F. Pamplona 104
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Copyright Vitor F. Pamplona 105
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4 Copyright Vitor F. Pamplona 106
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4 Copyright Vitor F. Pamplona 107
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4, p3 Copyright Vitor F. Pamplona 108
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4, p3 Copyright Vitor F. Pamplona 109
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4, p3 Copyright Vitor F. Pamplona 110
Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4, p3 Copyright Vitor F. Pamplona 111
Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 112
Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 113
Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 114
Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 115
Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 116
Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 117
Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 118
Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 119
Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 120
Mapa de Fótons L2 L1 p2 L8 p4 L4 p3 L2 L3 L5 p1 L4 L5 L6 L7 p5 p1 p2 P3 L8 p6 p7 p8 p9 L1 p4 p5 L7 L6 L3 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 121
Parâmetros do Photon Mapping ● Quantidade de fótons ● Quanto maior o número de fótons, menos artefatos Copyright Vitor F. Pamplona 122
Parâmetros do Photon Mapping ● Quantidade de fótons ● Quanto maior o número de fótons, menos artefatos Milhares de Fótons Milhões de Fótons Copyright Vitor F. Pamplona 123
Parâmetros do Photon Mapping ● Quantidade de fótons ● Quanto maior o número de fótons, menos artefatos ● Número de fótons vizinhos a integrar (N) ● Quanto maior, mais suave serão as variações de iluminação Copyright Vitor F. Pamplona 124
Parâmetros do Photon Mapping ● Quantidade de fótons ● Quanto maior o número de fótons, menos artefatos ● Número de fótons vizinhos a integrar (N) ● Quanto maior, mais suave serão as variações de iluminação N = 100 N = 20.000 Copyright Vitor F. Pamplona 125
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing Copyright Vitor F. Pamplona 126
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering Copyright Vitor F. Pamplona 127
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Participating media ● Subsurface scattering Copyright Vitor F. Pamplona 128
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Participating media ● Subsurface scattering Copyright Vitor F. Pamplona 129
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media Copyright Vitor F. Pamplona 130
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media Copyright Vitor F. Pamplona 131
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media Copyright Vitor F. Pamplona 132
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media ● Suporta spectral rendering Copyright Vitor F. Pamplona 133
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media ● Suporta spectral rendering Samuel Boivin Copyright Vitor F. Pamplona http://www.dgp.toronto.edu/~boivin/PostDoc/index.htm 134
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media ● Suporta spectral rendering ● Suavização do ruído inerente dos métodos de ray tracing Copyright Vitor F. Pamplona 135
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media ● Suporta spectral rendering ● Suavização do ruído inerente dos métodos de ray tracing Copyright Vitor F. Pamplona 136
Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media ● Suporta spectral rendering ● Suavização do ruído inerente dos métodos de ray tracing ● Se acopla facilmente nas implementações de ray tracing Copyright Vitor F. Pamplona 137
Photon Mapping: Contras ● Alto uso de memória ● Baixa performance com muitas fontes de luz ● Kd-trees muito grandes ● Parâmetros devem ser escolhidos com cuidado ● Não executa em tempo real Copyright Vitor F. Pamplona 138
Sumário: Photon Mapping ● Modelos de iluminação global ● Ray Tracing ● Radiosidade ● Photon Mapping ● Photon Tracing – Emite fótons pelas fontes de luz – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path tracing – Consulta os fótons vizinhos ao ponto de intersecção – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 139
Obrigado, perguntas? Vitor F. Pamplona Courtesy of Hosuk Chang

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Introdução ao Algoritmo Photon Mapping

  • 1. Modelos de Iluminação Global Vitor F. Pamplona http://blogs.intel.com/research/2007/10/real_time_raytracing_the_end_o.php
  • 2. Ray Tracing Pov-Ray Copyright Vitor F. Pamplona Gallery: http://www.povray.org/ 4
  • 3. Ray Tracing Copyright Vitor F. Pamplona http://richardpage.wordpress.com/ 5
  • 4. Ray Tracing ● Apresentado por Turner Whitted em 1979 ● Lança raios a partir do observador ● um por pixel ● encontra o objeto mais próximo na direção do raio ● Ao atingir uma superfície, pode-se gerar 3 tipos de raio: ● Reflexão para superfícies espelhadas (lei de reflexão) ● Refração para superfícies transparentes (lei de Snell) ● Sombra para identificar se está visível em relação a luz ● Fonte de luz pontual Copyright Vitor F. Pamplona 6
  • 5. Radiosidade Copyright Vitor F. Pamplona http://richardpage.wordpress.com/ 7
  • 6. Radiosidade Copyright Vitor F. Pamplona http://www.cs.dartmouth.edu/~spl/Academic/ComputerGraphics/Fall2004/ 8
  • 7. Radiosidade ● Apresentado por Goral et al. em 1984 ● Contempla superfícies puramente difusas ● Divide a cena em pequenas superfícies (patches) ● Para cada par de superfícies ● Calcular um coeficiente de visibilidade (Form Factor) ● Resolver o sistema linear Energia Emitida N Form Factor B j = E j  p j ∑ B i F ij i=1 Radiosidade Refletividade Copyright Vitor F. Pamplona 9
  • 8. Introdução ao Photon Mapping Vitor F. Pamplona Courtesy of Hosuk Chang
  • 9. Photon Mapping na Indústria Pixar's Ratatouille, 2007. Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen e Per Christensen. High Quality Rendering Using Ray Tracing and Photon Mapping. Siggraph 2007 11
  • 10. Photon Mapping na Indústria Pixar's Ratatouille, 2007. Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen e Per Christensen. High Quality Rendering Using Ray Tracing and Photon Mapping. Siggraph 2007 12
  • 11. Photon Mapping na Indústria Pixar's Ratatouille, 2007. Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen e Per Christensen. High Quality Rendering Using Ray Tracing and Photon Mapping. Siggraph 2007 13
  • 12. Photon Mapping na Indústria Pixar's Ratatouille, 2007. Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen e Per Christensen. High Quality Rendering Using Ray Tracing and Photon Mapping. Siggraph 2007 14
  • 13. Photon Mapping na Indústria Pixar's Ratatouille, 2007. Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen e Per Christensen. High Quality Rendering Using Ray Tracing and Photon Mapping. Siggraph 2007 15
  • 14. Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Consulta os fótons vizinhos ao ponto de intersecção – Soma a energia destes fótons – Aplica sobre a BRDF da superfície Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 16
  • 15. Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Consulta os fótons vizinhos ao ponto de intersecção – Soma a energia destes fótons – Aplica sobre a BRDF da superfície Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 17
  • 16. Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Estima a iluminação no ponto em função dos fótons vizinhos – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 18
  • 17. Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Estima a iluminação no ponto em função dos fótons vizinhos – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 19
  • 18. Cena do Exemplo Copyright Vitor F. Pamplona 20
  • 19. Photon Tracing Luz Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 21
  • 20. Photon Tracing Luz Lançar Fótons Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 22
  • 21. Photon Tracing Luz Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 23
  • 22. Photon Tracing Luz Roleta Russa Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 24
  • 23. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Roleta Russa 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 25
  • 24. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Roleta Russa 0.6 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 26
  • 25. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Roleta Russa 0.6 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 27
  • 26. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Roleta Russa 0.6 Reflete 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 28
  • 27. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Absorve Roleta Russa 0.6 Reflete 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 29
  • 28. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Roleta Russa Absorve 0.6 Absorveu Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.9 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 30
  • 29. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 Refletiu Absorve 0.6 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.1 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 31
  • 30. Photon Tracing Luz Roleta Russa Refletiu 1.0 Absorve 0.6 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.2 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 32
  • 31. Photon Tracing Luz Absorveu Roleta Russa Refletiu 1.0 Absorve 0.6 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.8 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 33
  • 32. Photon Tracing Luz Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 34
  • 33. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 0.0 Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 35
  • 34. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 0.95 0.0 Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 36
  • 35. Photon Tracing Luz Roleta Russa Absorve 1.0 0.95 Reflete 0.0 Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 37
  • 36. Photon Tracing Luz Roleta Russa Absorve 1.0 0.95 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.5 Roleta Russa Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 38
  • 37. Photon Tracing Luz Roleta Russa Absorve 1.0 0.95 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.5 Refletiu Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 39
  • 38. Photon Tracing Luz Roleta Russa Absorve 1.0 0.95 Reflete 0.0 N. Sorteado: 0.5 Refletiu Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 40
  • 39. Photon Tracing Luz Refletiu Vidro Espelho Absorveu Copyright Vitor F. Pamplona 41
  • 40. Photon Tracing Luz Refletiu Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 42
  • 41. Photon Tracing Luz Vidro Espelho Refletiu Copyright Vitor F. Pamplona 43
  • 42. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 0.0 Vidro Espelho Refletiu Copyright Vitor F. Pamplona 44
  • 43. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 0.8 0.0 Fresnel: 0.8 Vidro Espelho Refletiu Copyright Vitor F. Pamplona 45
  • 44. Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.8 Reflete 0.0 Fresnel: 0.8 Vidro Espelho Refletiu Copyright Vitor F. Pamplona 46
  • 45. Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.8 Reflete 0.0 Fresnel: 0.8 N. Sorteado: 0.5 Vidro Espelho Refletiu Copyright Vitor F. Pamplona 47
  • 46. Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.8 Reflete 0.0 Fresnel: 0.8 N. Sorteado: 0.5 Vidro Espelho Refletiu Absorveu Copyright Vitor F. Pamplona 48
  • 47. Photon Tracing Luz Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 49
  • 48. Photon Tracing Luz Roleta Russa 1.0 0.0 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 50
  • 49. Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.7 Reflete 0.0 Fresnel: 0.7 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 51
  • 50. Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.7 Reflete 0.0 Fresnel: 0.7 N. Sorteado: 0.9 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 52
  • 51. Photon Tracing Luz Refratou Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 53
  • 52. Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.7 Reflete 0.0 Fresnel: 0.7 Refratou N. Sorteado: 0.8 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 54
  • 53. Photon Tracing Luz Roleta Russa Refrata 1.0 0.7 Reflete 0.0 Fresnel: 0.7 N. Sorteado: 0.8 Vidro Espelho Refratou Absorveu Copyright Vitor F. Pamplona 55
  • 54. Photon Tracing Copyright Vitor F. Pamplona 56
  • 55. Iluminação Direta Copyright Vitor F. Pamplona 57
  • 56. Iluminação Indireta Copyright Vitor F. Pamplona 58
  • 57. Cáusticas Copyright Vitor F. Pamplona 59
  • 58. Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Estima a iluminação no ponto em função dos fótons vizinhos – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 60
  • 59. Path Tracing Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 61
  • 60. Path Tracing Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 62
  • 61. Path Tracing N=3 p3 p2 p1 x Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 63
  • 62. Path Tracing N=3 p3 p2 p1 x V Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 64
  • 63. Path Tracing N=3 p3 p2 p1 x V 3 ∑ E  pi  I x = i=1 V Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 65
  • 64. Path Tracing N=3 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 66
  • 65. Path Tracing N=3 Vidro Espelho x Copyright Vitor F. Pamplona 67
  • 66. Path Tracing N=3 Vidro Espelho x Copyright Vitor F. Pamplona 68
  • 67. Path Tracing N=3 p1 Vidro Espelho x V p3 p2 Copyright Vitor F. Pamplona 69
  • 68. Path Tracing N=3 3 ∑ E  pi  I x = i=1 V p1 Vidro Espelho x V p3 p2 Copyright Vitor F. Pamplona 70
  • 69. Path Tracing N=3 Vidro Espelho x Copyright Vitor F. Pamplona 71
  • 70. Path Tracing N=3 Vidro Espelho x Copyright Vitor F. Pamplona 72
  • 71. Path Tracing N=3 Vidro Espelho Copyright Vitor F. Pamplona 73
  • 72. Path Tracing N=3 Vidro Espelho x Copyright Vitor F. Pamplona 74
  • 73. Path Tracing N=3 Vidro Espelho p1 p3 x p2 Copyright Vitor F. Pamplona 75
  • 74. Path Tracing N=3 3 ∑ E  pi  I x = i=1 V Vidro Espelho V p1 p3 x p2 Copyright Vitor F. Pamplona 76
  • 75. Path Tracing N=3 Vidro Espelho p1 p3 x p2 Copyright Vitor F. Pamplona 77
  • 76. Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Estima a iluminação no ponto em função dos fótons vizinhos – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 78
  • 77. Calculando a Radiância do Ponto X  x Copyright Vitor F. Pamplona 79
  • 78. Calculando a Radiância do Ponto X  x r Copyright Vitor F. Pamplona 80
  • 79. Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r Copyright Vitor F. Pamplona 81
  • 80. Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r Copyright Vitor F. Pamplona 82
  • 81. Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r N 1 I x  x , = 2 ∑ f r  x , ' i ,  pi   r i=1 BRDF Consulta ao Área do Photon Map Círculo Copyright Vitor F. Pamplona 83
  • 82. Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r N 1 I x  x , = 2 ∑ f r  x , ' i ,  pi   r i=1 BRDF Consulta ao Área do Photon Map Círculo Copyright Vitor F. Pamplona 84
  • 83. Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r N 1 I x  x , = 2 ∑ f r  x , ' i ,  pi   r i=1 BRDF Consulta ao Área do Photon Map Círculo Copyright Vitor F. Pamplona 85
  • 84. Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r N 1 I x  x , = 2 ∑ f r  x , ' i ,  pi   r i=1 BRDF Consulta ao Área do Photon Map Círculo Copyright Vitor F. Pamplona 86
  • 85. Calculando a Radiância do Ponto X N ∑ E  pi   I x = i=1 V x r N 1 I x  x , = 2 ∑ f r  x , ' i ,  pi   r i=1 BRDF Consulta ao Área do Photon Map Círculo Copyright Vitor F. Pamplona 87
  • 86. Resultado Copyright Vitor F. Pamplona 88
  • 87. Algoritmo de Photon Mapping ● Photon Tracing ● Emite fótons pelas fontes de luz ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path Tracing ● Para cada intersecção com uma superfície difusa – Estima a iluminação no ponto em função dos fótons vizinhos – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 89
  • 88. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária Copyright Vitor F. Pamplona 90
  • 89. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 91
  • 90. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 92
  • 91. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 93
  • 92. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 94
  • 93. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 95
  • 94. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 96
  • 95. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 97
  • 96. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 p1 p2 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 98
  • 97. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 p1 p2 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 99
  • 98. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 p1 p2 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 100
  • 99. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 101
  • 100. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Árvore binária p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 p4 Copyright Vitor F. Pamplona 102
  • 101. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Copyright Vitor F. Pamplona 103
  • 102. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Copyright Vitor F. Pamplona 104
  • 103. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Copyright Vitor F. Pamplona 105
  • 104. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4 Copyright Vitor F. Pamplona 106
  • 105. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4 Copyright Vitor F. Pamplona 107
  • 106. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4, p3 Copyright Vitor F. Pamplona 108
  • 107. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4, p3 Copyright Vitor F. Pamplona 109
  • 108. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4, p3 Copyright Vitor F. Pamplona 110
  • 109. Estrutura de Dados Espacial: Kd-Tree ● Pesquisa pelos 2 vizinhos mais próximos p2 L1 p1 p3 L2 L3 p1 p2 p3 p4 x p4 Mais próximos: p4, p3 Copyright Vitor F. Pamplona 111
  • 110. Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 112
  • 111. Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 113
  • 112. Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 114
  • 113. Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 115
  • 114. Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 116
  • 115. Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 117
  • 116. Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 118
  • 117. Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 119
  • 118. Armazenamento em 3D p2 p4 p3 p1 p5 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 120
  • 119. Mapa de Fótons L2 L1 p2 L8 p4 L4 p3 L2 L3 L5 p1 L4 L5 L6 L7 p5 p1 p2 P3 L8 p6 p7 p8 p9 L1 p4 p5 L7 L6 L3 p9 p8 p6 p7 Copyright Vitor F. Pamplona 121
  • 120. Parâmetros do Photon Mapping ● Quantidade de fótons ● Quanto maior o número de fótons, menos artefatos Copyright Vitor F. Pamplona 122
  • 121. Parâmetros do Photon Mapping ● Quantidade de fótons ● Quanto maior o número de fótons, menos artefatos Milhares de Fótons Milhões de Fótons Copyright Vitor F. Pamplona 123
  • 122. Parâmetros do Photon Mapping ● Quantidade de fótons ● Quanto maior o número de fótons, menos artefatos ● Número de fótons vizinhos a integrar (N) ● Quanto maior, mais suave serão as variações de iluminação Copyright Vitor F. Pamplona 124
  • 123. Parâmetros do Photon Mapping ● Quantidade de fótons ● Quanto maior o número de fótons, menos artefatos ● Número de fótons vizinhos a integrar (N) ● Quanto maior, mais suave serão as variações de iluminação N = 100 N = 20.000 Copyright Vitor F. Pamplona 125
  • 124. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing Copyright Vitor F. Pamplona 126
  • 125. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering Copyright Vitor F. Pamplona 127
  • 126. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Participating media ● Subsurface scattering Copyright Vitor F. Pamplona 128
  • 127. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Participating media ● Subsurface scattering Copyright Vitor F. Pamplona 129
  • 128. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media Copyright Vitor F. Pamplona 130
  • 129. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media Copyright Vitor F. Pamplona 131
  • 130. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media Copyright Vitor F. Pamplona 132
  • 131. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media ● Suporta spectral rendering Copyright Vitor F. Pamplona 133
  • 132. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media ● Suporta spectral rendering Samuel Boivin Copyright Vitor F. Pamplona http://www.dgp.toronto.edu/~boivin/PostDoc/index.htm 134
  • 133. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media ● Suporta spectral rendering ● Suavização do ruído inerente dos métodos de ray tracing Copyright Vitor F. Pamplona 135
  • 134. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media ● Suporta spectral rendering ● Suavização do ruído inerente dos métodos de ray tracing Copyright Vitor F. Pamplona 136
  • 135. Photon Mapping: Prós ● Performance independe do número de pixels da imagem ● Apenas 1 raio por pixel no Path Tracing ● Suporta vários materiais ● Superfícies difusas, refletivas e transparentes ● Subsurface scattering ● Participating media ● Suporta spectral rendering ● Suavização do ruído inerente dos métodos de ray tracing ● Se acopla facilmente nas implementações de ray tracing Copyright Vitor F. Pamplona 137
  • 136. Photon Mapping: Contras ● Alto uso de memória ● Baixa performance com muitas fontes de luz ● Kd-trees muito grandes ● Parâmetros devem ser escolhidos com cuidado ● Não executa em tempo real Copyright Vitor F. Pamplona 138
  • 137. Sumário: Photon Mapping ● Modelos de iluminação global ● Ray Tracing ● Radiosidade ● Photon Mapping ● Photon Tracing – Emite fótons pelas fontes de luz – Armazena-os numa estrutura de dados ● Path tracing – Consulta os fótons vizinhos ao ponto de intersecção – Resolve a cor do pixel analisado Copyright Vitor F. Pamplona H.W. Jensen 1986: Global Illumination using Photon Maps 139
  • 138. Obrigado, perguntas? Vitor F. Pamplona Courtesy of Hosuk Chang