La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

GIF-23205 Qualité et performance du rendu en infographie Patrick Hébert Session H09 11 mars 2009 H18-Physique de léclairage et du.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "GIF-23205 Qualité et performance du rendu en infographie Patrick Hébert Session H09 11 mars 2009 H18-Physique de léclairage et du."— Transcription de la présentation:

1 GIF Qualité et performance du rendu en infographie Patrick Hébert Session H09 11 mars 2009 H18-Physique de léclairage et du rendu (partie 3)

2 Liste des notions importantes Représentation des BRDF Implantation dun modèle de BRDF Gérer les changements déchelle Gérer la complexité pour des cas avec sources et matériaux multiples Implantation dun modèle: cas pratique 2

3 Acquisition et représentation des BRDF Objectif Réduire le temps dédition des propriétés des matériaux Capturer et encoder une description de la réflectance dobjets réels Il existe des bases de données de BRDF Exemple: CUReT (Columbia-Utrecht) Des entreprises qui offrent le service ou des appareils de capture Exemple: Un des défis actuels: modéliser des svbrdf sur des objets non- plans.

4 Acquisition de la BRDF Utilisation dun gonioréflectomètre* Différents systèmes basés sur la vision ont aussi été proposés* Simplifications: isotropie autour de la normale (ex: plastiques) Exemples de matériaux anisotropiques: bois vernis, velours aluminium non poli, etc … Explosion de la complexité si on considère une SVBRDF, i.e. qui varie à la surface de lobjet ou même la diffusion sous la surface Processus complexe qui suscite un intérêt de recherche grandissant *Voir section 2 de Todd Zickler dans le document de cours ICCV 2007 LVSN LightStudio

5 Certains défis: matériaux anisotropiques latéral longitudinale Stries dans du métal La peau humaine: anisotropie dynamique. Allongement des pores de la peau selon lexpression faciale. Les variations subtiles sont facilement détectées par un observateur humain Le métal brossé

6 Représentation des BRDF Lors de lacquisition, on capture des mesures RGB pour chacune des orientations relatives de la lumière incidente (l) et de la direction de lobservateur (v) produit une valeur (R, G, B) Pour une SVBRDF, le domaine est 6D! Nous avons donc une immense table dont les éléments sont sujets au bruit. Il faut changer la représentation pour la rendre utile lors du rendu ou de lédition

7 Représentation des BRDF : options Choisir un modèle analytique (basé sur la physique) et ajuster les paramètres Il y a diverses façons daméliorer les modèles. On peut tenter dajouter des termes (physiques ou non) comme par exemple lajout de lobes dans un modèle de Phong Une autre approche consiste à estimer la forme dune BRDF par une somme pondérée de fonctions de base telles que les harmoniques sphériques (section 8.6.1) Ces fonctions constituent une base –orthogonale - de fonctions (tout comme les sinus en analyse de Fourier) On évite loptimisation Une BRDF est une fonction relativement lisse

8 Autres possibilités de représentation Une représentation semi-analytique dans laquelle la partie analytique est complétée par une table – compressée - de valeurs La factorisation dune BRDF, i.e. décomposer la BRDF en une somme de produits de fonctions à dimensions réduites – par exemple à deux dimensions. On pourrait alors stocker le modèle dans une - ou plusieurs paires - de textures. *tiré de [1]

9 Implanter un modèle de BRDF Lexpression est évaluée dans le fragment shader Sil sagit dune svbrdf, on encodera les paramètres de la BRDF dans des textures (ou à la limite dans les sommets sil est raisonnable de les interpoler) Le facteur 1/ est souvent intégré à E pour éviter des calculs Pour des calculs plus efficaces, on exprime les BRDF en fonction des vecteurs l, v, h, (t, b, n) unitaires. Le produit scalaire équivaut alors au calcul du cosinus. Rappel: la base (t, b, n) est la base locale définie à partir de la tangente, la binormale et la normale.

10 Représentation des vecteurs dintérêt *tiré de [2]

11 Les BRDF et léchelle Peut-on faire du mipmapping avec les BRDF? Seulement sil existe une relation linéaire entre le paramètre filtré et la couleur finale Cest donc acceptable pour les couleurs diffuses et spéculaires mais pas du tout pour des valeurs comme lexposant (shininess) Cela produira des incohérences inattendues lorsque la distance objet-caméra variera

12 (suite) Du point de vue de léchelle, La BRDF modélise laspect microscopique (subpixel); À léchelle du pixel, cest la texture qui prend place; À léchelle de lobjet, ce sont les triangles. En éloignant la caméra de lobjet, ce qui était léchelle du pixel (la texture) devient une nouvelle BRDF Un cylindre avec une normal map. BRDF: Blinn-Phong *tiré de [1]

13 (suite) Encadré noir: une partie de la surface sur 4 texels. La normale est en rouge et le lobe est représenté en noir Encadré violet: représentation idéalisée à la moitié et au quart de la résolution Encadré vert: résultat dune moyenne et normalisation. Les lobes sont trop étroits. Encadré jaune: correction décrite à la page suivante *tiré de [1]

14 La correction Le modèle de Blin-Phong ne peut décrire adéquatement la situation (encadré vert) Solution: conserver la normale moyenne mais réestimer la largeur du lobe (exposant m du cosinus) quon conservera dans une carte supplémentaire (gloss map) Proposition de Toksvig pour le calcul de m *tiré de [1]

15 La complexité: combien de shaders faut-il écrire? Le processus de rendu: Pour chaque source // Phase 1: éclairage Calculer l et E // Phase 2: interaction avec le matériau Récupérer les paramètres de la BRDF ainsi que les paramètres du repère local (t, b, n) Calculer le produit BRDF * E cos Accumuler le résultat dans le fragment 15

16 Le problème de la complexité Il y a plusieurs types de sources possibles (ponctuelles, directionnelles, spot, texture) et une variété de matériaux pour une même scène Pour 6 sources simultanées de 3 types et 5 matériaux, il y a 420 situations possibles On veut éviter les conditions – dynamiques - dans les shaders On ne veut pas non plus écrire 420 shaders ou 1050 si 4 types de sources Une solution possible: ubershader ou « supershader » Il sagit décrire un seul shader quon recompilera plusieurs fois avec des drapeaux appropriés 16

17 La complexité: une autre solution Léclairage multi-passe On traite chaque source indépendamment dans une passe différente et on combine les résultats (blend) Lapplication identifie les sources qui affectent chacun des objets La complexité (en nombre de shaders) est O(mn) avec m le nombre de types de sources (incluant ambiant) et n le nombre de matériaux (25 au lieu de 1050 dans lexemple précédent) Critique: requiert beaucoup de transfert mémoire à cause des passes multiples 17

18 On peut accroître la performance encore davantage Comment? En limitant les calculs par pixel. Pour cela on calcule dabord la visibilité. On évite de calculer le rendu pour plusieurs fragments dans un pixel. Cest le deferred shading en anglais. On mémorise les attributs (profondeur, normale, coord. Textures, paramètres du matériau) du fragment visible sans en calculer le rendu dans la première passe Dans une seconde passe, on applique léclairage. On évite de repasser la scène. Critique: difficulté avec la transparence et possiblement avec la gestion de lanti-crénelage 18

19 Cas pratique dimplantation dune BRDF: le modèle de (Greg) Ward Modèle de BRDF basé sur les micro-facettes spéculaires et adapté sur la base de lobservation Plus une surface est rugueuse plus seront dispersés les orientations des micro-facettes autour du vecteur H Comprend une composante diffuse et une composante spéculaire Comprend deux facteurs (écarts-types de la distribution – gaussienne - des micro-facettes centrée en H selon x et y). 19 * Des variations de ce modèle existent

20 (suite) Il reste à implanter léquation de rendu Les deux premiers termes sont des contributions indirectes (I est la radiance indirecte et L s est aussi une valeur de radiance indirecte – spéculaire – est langle solide associé à la source i Les vecteurs sont calculés dans le vertex shader puis interpolés Le calcul de léquation de rendu est fait dans le fragment shader 20 Peut être un simple coefficient

21 // Vertex shader for anisotropic reflection based on Greg Ward's method (SIGGRAPH '92) // Author: Randi Rost attribute vec3 rm_Binormal; // un attribute nest pas communiqué au F. shader attribute vec3 rm_Tangent; uniform vec3 LightDir; // Light direction in eye coordinates uniform vec4 vViewPosition; varying vec3 N, L, H, R, T, B; void main(void) { vec3 V, eyeDir; vec4 pos; pos = gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex; eyeDir = pos.xyz; N = normalize(gl_NormalMatrix * gl_Normal); L = normalize(LightDir); V = normalize((gl_ModelViewMatrix * vViewPosition).xyz - pos.xyz); H = normalize(L + V); R = normalize(reflect(eyeDir, N)); T = normalize(gl_NormalMatrix * rm_Tangent); B = normalize(gl_NormalMatrix * rm_Binormal); gl_Position = ftransform(); // ModelViewProjectionMatrix } 21

22 22 // Fragment shader for anisotropic reflection based // on Greg Ward's method (SIGGRAPH '92) // // Author: Randi Rost const float PI = ; const float ONE_OVER_PI = 1.0 / PI; uniform vec4 SurfaceColor; // Base color of surface uniform vec2 P; // Diffuse reflectance (x) and specular reflectance (y) uniform vec2 A; // Slope distribution in x and y uniform vec3 Scale; // Scale factors for intensity computation varying vec3 N, L, H, R, T, B;

23 // suite void main (void) { float e1, e2, E, cosThetaI, cosThetaR, brdf, intensity; e1 = dot(H, T) / A.x; e2 = dot(H, B) / A.y; E = -2.0 * ((e1 * e1 + e2 * e2) / (1.0 + dot(H, N))); cosThetaI = dot(N, L); cosThetaR = dot(N, R); brdf = P.x * ONE_OVER_PI + P.y * (1.0 / sqrt(cosThetaI * cosThetaR)) * (1.0 / (4.0 * PI * A.x * A.y)) * exp(E); intensity = Scale[0] * P.x * ONE_OVER_PI + Scale[1] * P.y * cosThetaI * brdf + Scale[2] * dot(H, N) * P.y; vec3 color = intensity * SurfaceColor.rgb; gl_FragColor = vec4(color, 1.0); } 23

24 Références utiles 1.RealTime Rendering, par Tomas AkenineMöller, Eric Haines et Naty Hoffman, A.K. Peters Ltd., 3e édition, 2008 (sections 7.7 jusquà la fin du chapitre). 2.OpenGL Shading Language, Randi J. Rost et al, Addison Wesley, 2 e édition, 2006 (section 14.3) 3.ICCV 2007 Short Course : Principles of Appearance Acquisition and Representation, T. Zickler et al., course/


Télécharger ppt "GIF-23205 Qualité et performance du rendu en infographie Patrick Hébert Session H09 11 mars 2009 H18-Physique de léclairage et du."

Présentations similaires


Annonces Google