Post on 05-Apr-2015
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How to make a Pixar Movie
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Gliederung
1. Licht in der realen Welt 2. Lighting
2.1 Light Sources2.2 Beleuchtungsmodelle
3. Shading4. Fragen und Diskussion
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Licht in der realen Welt
• Was ist Licht? – kann als Welle und als Teilchen beschrieben werden
• Farbspektrum des sichtbaren Lichts
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Licht in der realen Welt
• Trifft Licht z.B. auf einen roten Gegenstand, wird der Rotanteil des Lichts reflektiert und der Rest absorbiert Durch Reflexionen erscheinen Gegenstände für das
Auge farbig
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Light Sources
• Verschiedene Lichtquellen
Sonne
Kerze
Lampe
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Directional Light
• Keine eindeutige Lichtposition
• Bestimmt durch Richtungund Intensität
• Konstante Lichtintensität
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Point Light
• Feste Position
• Quadratische Intensitätsabnahme mit zunehmender Entfernung
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Spot Light
• Feste Position
• Point Light + Winkel-Constraint
• Intensitätsbestimmung in 2 Winkeln
a
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Beleuchtungsmodelle
• Lokale Beleuchtungsmodelle– Lichtauswirkungen auf das Objekt ohne
Berücksichtigung anderer Objekte und deren Reflexionen
• Globale Beleuchtungsmodelle– Raytracing, Radiosity– Berücksichtigung von Reflexionen, Schatten und
anderen Auswirkungen der Umgebung
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Beleuchtungsmodelle
Lokale Beleuchtung, mit Ambient Light und Schatten
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Beleuchtungsmodelle
Globale Beleuchtung
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Phong Illumination Modell
• empirisches Modell, Juni 1975 vorgestellt
• Baut nicht auf physikalischen Annahmen auf
• Emissive Light, Diffuse Light, Specular Light, Ambient Light
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Emissive Light
• Beschreibt die Eigenhelligkeit eines Objekts
• Beispiele sind Monitore, Fernseher, Werbetafeln, etc.
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Diffuse Light
• Reflexion des eintreffenden Lichts in jede Richtung
• Einfallswinkel beeinflusst Lichtintensität
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Diffuse Light
• Iin Lichtstärke des einfallenden Lichtstrahls der Punktlichtquelle
• kdiffus Reflexionsfaktor für diffuse Komponente der Reflexion• Winkel zwischen Normalvektor der Oberfläche und Einheitsvektor
in Richtung des einfallenden Lichtstrahls
Materialkonstante
NormalvektorLichtvektor
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Specular Light
• Spiegelnde Komponente der Reflexion
• Abhängig von– Position des Betrachters– Oberflächenbeschaffenheit
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Specular Light
• Iin Lichtstärke des einfallenden Lichtstrahls der Punktlichtquelle
• kspecular Reflexionsfaktor für spiegelnde Komponente der Reflexion• θ Winkel zwischen idealer Reflexionsrichtung des
ausfallenden Lichtstrahls und Blickrichtung des Betrachters
• n konstanter Faktor zur Beschreibung der Oberflächenbeschaffenheit
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Ambient Light
• Umgebungslicht
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Phong Illumination Modell
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RGB-Farbraum
• Stellt Farben durch additive Mischung aus Rot, Grün und Blau dar
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RGB-Farbraum
3-fache Berechnung, einmal für jede Wellenlänge
Farbe R= G= B=Schwarz 0 0 0Rot 255 0 0Grün 0 255 0Blau 0 0 255Cyan 0 255 255Magenta 255 0 255Gelb 255 255 0Weiß 255 255 255
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Blinn-Phong Modell (1977)
• Weiterentwicklung des Phong Modells
• Unterschied in der Berechnung der spiegelnden Komponente
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Blinn-Phong Modell
• Winkelhalbierende statt Reflexionsvektor
– V normierter Vektor vom Punkt zum Betrachter– L normierter Vektor vom Punkt zu der zu betrachtenden
Punktlichtquelle
V
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Cook-Torrance Modell
• Realitätsnäher
• benutzt Mikrofacetten, die V-förmige Löcher ergeben
• Hohe Berechnungszeiten
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Cook-Torrance Modell
• Lichtreflexion der Facetten (statistisches Modell) berechnet durch– Fresnel-Reflexions-Koeffizienten– Geometrischen Abschwächungsfaktor
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Cook-Torrance Modell• Wird für Metalle und Materialien mit
verschiedenen Rauheiten benutzt
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Shading
• Interpolation der Pixel
• Wie werden die Helligkeiten berechnet?
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Flat Shading
• Beleuchtungsberechnung einmal pro Dreieck mit Hilfe der Flächennormalen
Problem:Mach-Band Effekt
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Mach-Band-Effekt
• Kontrasterhöhung an den Kanten durch das menschliche Auge
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Gouraud Shading
• Berechnung der Helligkeiten an den Vertices des Polygons
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Gouraud Shading
• Normale eines Vertex– Mittel der angrenzenden Flächennormalen
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Gouraud Shading
• Füllen des Polygons mit Linien– Linien werden mit einem Zwischenwert der Vertex-
Werte interpoliert
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Gouraud Shading• Nachteile:– Glanzpunkte innerhalb von Polygonen gehen
verloren– Sternenförmige Glanzpunkte an den Ecken
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Gouraud Shading
• Abflachen gewölbter Oberflächen
• Lösung: mehr Polygone höherer Rechenaufwand
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Phong Shading• Zu den Normalen an den Vertices werden
interpolierte Normalen an jeder Stelle des Polygons berechnet
• Beleuchtungsberechnung pro Pixel
erhöhter Rechenaufwand
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Phong Shading
Torus-Objekt mit Phong Shading
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Shading-Verfahren im Vergleich
Flat Shading Phong Shading Gouraud Shading
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Fragen
Danke für eure Aufmerksamkeit