BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 1 2D-3D számítógépes grafika BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: Batta Imre Árnyalások 1. rész

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 2 Árnyalási módok Phong

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 3 Árnyalási módok Árnyalás visszaverődés számítás nélkülÁrnyalás visszaverődés számítással

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 4 Visszaverődések TükrösDiffúzIrányítottSpekuláris

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 5 Fénymodellek AmbiensDiffúzSpekuláris + Diffúz Ambiens + Spekuláris + Diffúz

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 6 Poligon árnyalás család Első eljárás Nincs visszaverődés számítás Pontatlan árnyékvetés Puha árnyékok Egyszeres átlátszóság Gyors (OpenGL, DirectX)

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 7 Számítógépes képalkotás - 1 Rajzelem KR ➔ Világ KRLapokra bontásEltolás

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 8 Számítógépes képalkotás - 2 ForgatásAnizotróp átméretezésProjektív TR

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 9 Számítógépes képalkotás - 3 Hátsólap eltávolításVágásZ koordináták elhagyása

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 10 Gouraud és Phong árnyalások

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 11 Poligon árnyalás család Drótvázas (Wireframe) Dróthálós (Wiremesh) Takart vonalas (Hidden line) Konstans (Flat, Constant) Gouraud (Smooth) Phong

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 12 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 / 2006 őszi félév 13 Mélységjelzés Takartvonalas ambiens fénnyelÍves felületek – spekuláris visszaverődés Fényforrások a modelltérben Textúra leképzés Áthelyező leképzés (displacement mapping) Visszatükrőződés leképzés Poligon árnyalás család © 1990 Pixar

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 14 Z-buffer =+ =+

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 15 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 / 2006 őszi félév 16 Z-buffer: átlátszóság Kamera Z X,Y 1 2

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 17 Z-buffer: Phong Shadow Map

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 18 Shadows Z buffers also give us a nice way of doing shadows The z buffer is a way of determining what is visible to the camera For shadows, we need a way of determining what is visible to the light source

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 19 Shadow Z Buffer We require a second z-buffer, called a shadow z-buffer Two step algorithm: –scene is ‘rendered’ from the light source as viewpoint, with depth information stored in the shadow z-buffer (no need to calculate intensities) –scene is rendered from the camera position, using Gouraud or Phong shading with a z-buffer algorithm... but we need to adjust colour if point is in shadow

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 20 Shadow Z Buffer To determine if point is in shadow: –take its position (x O, y O, z O ) in the camera view, and transform it into the corresponding position (x O ’, y O ’, z O ’) in the light source view –look up the z value, say z L, in the shadow z-buffer at the position (x O ’, y O ’) –if z L is closer to the light than z O ’, this means some object is nearer the light and therefore the point is in shadow... in this case only the ambient reflection would be shown at that point

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 21 Képhibák

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 22 Képhibák javítása előszűréssel Mip Mapping (Multi In Parvo – Sok a kicsiben) eljárást számítógépes árnyalás (Rendering) számításnál használják. A textúra-képekből különböző felbontású változat készül, 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 / 2006 őszi félév 23 Képhibák elfedése zajjal 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.

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 24 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 / 2006 őszi félév 25 Raytrace árnyalás Ablak Visszaverődési centrum Pixel (r) Pixel (t) Pixel (p) Geometria Pixel (a) StSt SeSe SrSr SsSs N Fényforrás

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 26 Raytrace árnyalás Sugarak –S e Elsődleges sugár (szemponttól a felületig) –S s Árnyéksugarak (felülettől a fényforrásokig) –S r Tükör sugarak (felülettől a tükröződő felületekig) –S t Átlátszóság sugarak (felülettől a mögötte levő felületekig) A szempontból kiinduló, a képpontokon átmenő elsődleges sugarak soronként, pixelről- pixelre haladva letapogatják a geometriát. A mintavételi pontokban kapott RGB értékek összeadódnak a másodlagos sugarakkal (árnyék, tükör, átlátszóság) kapott RGB értékekkel.

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 27 Visszatükrözési szintek Alan Watt: 3D Computer Graphics O szint 1 szint 2 szint3 szint4 szint5 szint

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 28 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 / 2006 őszi félév 29 Environment Map Environment map, környezeti kép a raytrace árnyaláshoz kifejlesztett eljárás, amellyel a visszatükröződő és átlátszó felületek realizmusa növelhető, és 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 / 2006 őszi félév 30

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 31 Enviroment Map

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 32 Reflektor (Spot Light)

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 33 Párhuzamos fény (Distant Light)

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 34 Területfény (Area Light)

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 35 Égbolt fény (Sky Light) Égbolt fény (Nishita, Nakamae, 1983)

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 36 Uniform skylightOvercast sky Direct sunlight Clear skyClear sky incl. direct sunlight

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 37 Nyílásfény (Sky Opening) A Sky Opening együtt müködik a SkyLight világítással. Min. Samples: a mintavételi szám alsó határát jelöli ki, erre akkor lehet szükség, ha a megvilágított felület távol van a nyílástól, és kevés kiegészítő fényforrásból érheti fény. Max. samples: a mintavételi szám felső határát jelöli ki, erre akkor lehet szükség, ha a felület túl közel esik a nyíláshoz, és a túl sok árnyék számítása elnyújtja a feldolgozási időt. A javasolt érték 145.

BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2006 őszi félév 38 © Batta Imre, ,5