BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 1 2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre.

Az előadások a következő témára: "BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 1 2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre."— Előadás másolata:

1 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 1 2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre Árnyalások 1. rész

2 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 2 Árnyalási módok Árnyalás visszaverődés számítás nélkülÁrnyalás visszaverődés számítással

3 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. Árnyalási módok Phong Monte-Carlo Irradiance Cache Photon Map

4 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 4 Visszaverődések TükrösDiffúzIrányítottSpekuláris

5 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 5 Fénymodellek AmbiensDiffúzSpekuláris + Diffúz Ambiens + Spekuláris + Diffúz

6 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 6 Árnyalások - 1 Poligon árnyalások

7 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 7 Poligon árnyalás család Első eljárás Nincs visszaverődés számítás Pontatlan árnyékvetés Puha árnyékok Egyszeres átlátszóság Gyors (OpenGL, DirectX)

8 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 8 Számítógépes képalkotás - 1 Rajzelem KR ➔ Világ KRLapokra bontásEltolás

9 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 9 Számítógépes képalkotás - 2 ForgatásAnizotróp átméretezésProjektív TR

10 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 10 Számítógépes képalkotás - 3 Hátsólap eltávolításVágásZ koordináták elhagyása

11 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 11 Gouraud és Phong árnyalások

12 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 12 Poligon árnyalás család Drótvázas (Wireframe) Dróthálós (Wiremesh) Takart vonalas (Hidden line) Konstans (Flat, Constant) Gouraud (Smooth) Phong

13 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 13 Drótháló: raszterizált vektoros kép Színes drótháló Takartvonalas árnyalás Konstans árnyalás Gouraud árnyalás – diffúz visszaverődés Phong árnyalás, spekuláris visszaverődés Poligon árnyalás család © 1990 Pixar

14 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 14 Mélységjelzés Takartvonalas ambiens fénnyel Íves felületek – spekuláris visszaverődés Fényforrások a modelltérben Textúra leképzés Áthelyező leképzés (displacement mapping) Visszatükrőződés leképzés Poligon árnyalás család © 1990 Pixar

15 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 15 Z-buffer: takarás 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 0 00 000 0000 00000 000000 5555555 555555 55555 5555 555 55 5 0000000 00000000 876543 76543 6543 543 43 3 0 00 000 0000 0000 000 5555555 555555 55555 555 5 00 00000000 5555555 555555 55555 5555 555 55 5 0 00 000 0000 00000 000000 5555555 555555 55555 5555 555 55 5 0000000 00000000 876543 76543 653 5 =+ =+

16 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 16 Z-buffer: Distance Cueing Distance Cue: pszichológiai fogalom, jelentése távolságjelző, mélységérzékelő mozzanat. Distance Cueing Z-buffert használó eljárás, amely a távolsággal arányosan csökkenti a pixelek világosságát, illetve módosítja a színüket. Near Distance: kezdő távolság. Near Density: a moduláció kezdő értéke a kezdő távolságnál. Far Density: a moduláció teljes értéke a hátsó vágósíknál. Sűrűség=1 Sűrűség=0 Far density Near density Távolság - sűrűség Első vágósík Hátsóvágósík Near distance Kamera NincsDepth CueingFog Cueing Látótér

17 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 17 Z-buffer: átlátszóság Kamera Z X,Y 1 2

18 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 18 Z-buffer: Phong Shadow Map Árnyékszámítás két képpel, három lépésben: 1. (V) kamerakép: felvétel a kamera nézőpontjából, Z-buffer tárolja a pixelek mélységét; 2. (S) árnyékkép: felvétel a fényforrás nézőpontjából, Z-buffer tárolja a pixelek mélységét; 3. kamerakép transzformációja az árnyékkép koordináta-rendszerébe. A két Z- buffer összevetése: ha P v > P s, akkor P v pixelt P s pixel takarja, tehát P v pixel árnyékban van, színét a fényforrás nem módosítja. Ha P v < P s, akkor P v pixel megvilágított, színét a fényforrás módosítja.

19 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 19 Képhibák

20 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 20 Képhibák javítása előszűréssel Mip Mapping (Multi In Parvo – Sok a kicsiben) eljárás a textúra-képekből különböző felbontású változatot készít, hogy a textúra részletessége a változó 3D-s geometria állandó felbontású mintavételezéséhez igazodhasson. Így például a perspektivikusan rövidülő kőfal közeli képén a nagyfelbontású változat, a távoli képén a kisfelbontású változat szolgáltatja a textúra-képet.

21 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 21 Árnyalások - 1 Ray trace árnyalás

22 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 22 Raytrace árnyalás Arthur Appel, 1968 Nézetfüggő eljárás Nincs többszörös visszaverődés számítás, (a hiányzó derítést az un. ambiens fény pótolja) Csúcsfény, tükröződés, átlátszóság Éles vetett árnyékok Kiegészítő eljárások: –Anti-aliasing képjavítás (SuperSampling) –Környezeti kép (Environment Map) –Különleges fényforrások a többszörös visszaverődés pótlására, az árnyék élesség csökkentésére (Sky Light, Ground reflection)

23 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 23 Raytrace árnyalás Ablak Visszaverődési centrum Pixel (r) Pixel (t) Pixel (p) Geometria Pixel (a) StSt SeSe SrSr SsSs N Fényforrás

24 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 24 Raytrace árnyalás Sugarak S e elsődleges sugár (szemponttól a felületig) S s árnyéksugarak (felülettől a fényforrásokig) S r tükör sugár (felülettől a tükröződő felületig), majd onnan tovább, ha az is tükröződő… S t átlátszóság sugár (felülettől a mögötte levő felületig), majd onnan tovább, ha az is átlátszó… A szempontból kiinduló, a képpontokon átmenő elsődleges sugarak soronként, pixelről-pixelre haladva letapogatják a geometriát. A mintavételi pontokban kapott RGB értékek összeadódnak a másodlagosan indított sugarakkal (árnyék, tükör, átlátszóság) kapott RGB értékekkel.

25 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 25 Visszatükrözési szintek Alan Watt: 3D Computer Graphics O szint 1 szint 2 szint3 szint4 szint5 szint

26 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 26 Képhibák javítása túlmintavételezéssel SuperSamping (Szupermintavételezés) eljárás lokálisan megnöveli a mintavételi helyek számát, a pixelkép mérete (felbontása) nem változik.. Ha mintavételi gyakoriság (felbontás) elégtelen – lásd a felső sort -, az eljárás mintavételek számát lokálisan megnöveli, majd az eredményt átlagolja, - lásd az alsó sort. Az eljárás adaptív (alkalmazkodó): akkor indul el, ha a szomszédos pixelek világosság- vagy színkülönbsége meghaladja a felhasználó által beállított küszöbértéket.

27 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 27 Képhibák javítása zajjal: jittering Szürkefokozat szám csökkentés (kvantálás) zaj nélkül és előkevert zajjal: a)Mintakép 64 szürkefokozattal, b)4 szürkefokozatra kvantált kép, c)Zajjal kevert 64 szürkefokozat, d)4 szürkefokozatra kvantált zajos kép. Túlmintavételezés jittering nélkül Túlmintavételezés jitteringel

28 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 28 Environment Map Environment map, környezeti kép a raytrace árnyaláshoz kifejlesztett eljárás, amellyel a visszatükröződő és átlátszó felületek realizmusa növelhető, és világításra (derítésre) is alkalmas. A környezeti kép 3D-s modellt befoglaló doboz lapjaira feszített pixelképek, amelyeket az elsődleges sugarak nem, csak a másodlagos sugarak (tükröződés és átlátszóság) „látnak”. Így a környezeti kép(ek) háttérként csak az átlátszó felületek mögött, és visszatükröződő felületeken visszatükröződésként jelennek meg.

29 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 29 Environment Map

30 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 30 Árnyalások - 1 Fényforrások

31 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. Ambiens fény, Camera Light Az ambiens fény matematikai fény, a többszörös visszaverődés számítást pótolja. Valamennyi anyag (textúra) világosságát megnöveli, hogy az árnyékban levő felületek ne legyenek feketék. Ha nincs többszörös visszaverődés számítás, az ön- és vetett árnyékok feketék. A kamera fény (vaku) a nézőpontban vagy a közelében helyezkedik el. Modellezés közben is működtethetők az egyszerűbb árnyalások, ilyenkor a kamerafény pótolja a fényforrásokat. Nincs vetett árnyéka.

32 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. Ambiens takarás (Ambient Occlusion) Az ambiens takarás pszeudó megvilágítás, amelynek mértékét az határozza meg, hogy a legközelebbi felület mennyire takarja. Pontosabban a felület mért pontjára emelt félgömben másik felület hol helyezkedik el. A közel eső felület csökkenti a megvilágítottságot. Az ambiens takarás használható közvetlenül, és kiegészítésként a többszörös visszaverődés számítás lerövídítésére.

33 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 33 Pontfény és Reflektor (Omni Light & Spot Light)

34 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 34 Párhuzamos fény (Distant Light, Directional Light) A távoli fény párhuzamos fénysugarakat bocsát ki egy irányban. A fénysűrűség nem csökken a távolsággal. Kapcsolódó fény: SkyLight (Égbolt fény) A fény iránya meghatározható: a) a modelltérben két adatponttal (irányvektorral), vagy… b) párbeszédablakban (mint napfény) a földrajzi hellyel és az időponttal az általános koordináta-rendszer origóján keresztül forgatva. (Északi irány az y tengely)

35 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 35 Égbolt fény (Sky Light) Égbolt fény (Nishita, Nakamae, 1983) CIE tiszta égbolt fénysűrűség eloszlás CIE felhős égbolt fénysűrűség eloszlás

36 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 36 Égbolt fény (Sky Light) Uniform skylightOvercast sky Direct sunlight Clear skyClear sky incl. direct sunlight

37 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 37 Területfény (Area Light)

38 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. IES és Eulumdat fájlformátum 1. IESNA91 2. [TEST] Simple intensity distribution 3. [MANUFAC] Lightscape Technologies, Inc. 4. TILT=NONE 5. 1 6. -1 7. 1 8. 8 9. 1 10. 1 11. 2 12. 0.0 0.0 0.0 13. 1.0 1.0 0.0 14. 0.0 5.0 10.0 20.0 30.0 45.0 65.0 90.0 1. IESNA91 2. [TEST] Simple intensity distribution 3. [Gyártó] 4. TILT=NONE 5. 1 6. -1 7. Szorzótényező 8. Vízszintes szög 9. Függőleges szög 10. 1 11. Nyílás mértékegység: 1 láb, 2 méter. 12. Nyílás szélessg, hossz, magasság 13. 1.0 1.0 0.0 14. 0.0 5.0 10.0 20.0 30.0 45.0 65.0 90.0 IES Standard File Format for Electronic Transfer of Photometric Data and Related Information

39 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. IES és Eulumdat fájlformátum

40 BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2014. 07. 13. 40 Árnyalások - 1 © Batta Imre, 2011 -1,5 www.epab.bme.hu