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

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Árnyalási módok Árnyalás visszaverődés számítás nélkülÁrnyalás visszaverődés számítással

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Árnyalási módok Phong Monte-Carlo Irradiance Cache Photon Map

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Visszaverődések TükrösDiffúzIrányítottSpekuláris

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Fénymodellek AmbiensDiffúzSpekuláris + Diffúz Ambiens + Spekuláris + Diffúz

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Árnyalások - 1 Poligon árnyalások

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

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Számítógépes képalkotás - 1 Rajzelem KR ➔ Világ KRLapokra bontásEltolás

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Számítógépes képalkotás - 2 ForgatásAnizotróp átméretezésProjektív TR

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Számítógépes képalkotás - 3 Hátsólap eltávolításVágásZ koordináták elhagyása

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Gouraud és Phong árnyalások

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

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

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

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Z-buffer: takarás =+ =+

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 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

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Z-buffer: átlátszóság Kamera Z X,Y 1 2

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 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.

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Képhibák

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 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.

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Árnyalások - 1 Ray trace árnyalás

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 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)

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

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 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.

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

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 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.

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 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

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 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.

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Environment Map

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Árnyalások - 1 Fényforrások

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 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.

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 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.

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Pontfény és Reflektor (Omni Light & Spot Light)

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 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)

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

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

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Területfény (Area Light)

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / IES és Eulumdat fájlformátum 1. IESNA91 2. [TEST] Simple intensity distribution 3. [MANUFAC] Lightscape Technologies, Inc. 4. TILT=NONE IESNA91 2. [TEST] Simple intensity distribution 3. [Gyártó] 4. TILT=NONE Szorzótényező 8. Vízszintes szög 9. Függőleges szög Nyílás mértékegység: 1 láb, 2 méter. 12. Nyílás szélessg, hossz, magasság IES Standard File Format for Electronic Transfer of Photometric Data and Related Information

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / IES és Eulumdat fájlformátum

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / Árnyalások - 1 © Batta Imre, ,5