IFT3355: Infographie Illumination globale

© Victor Ostromoukhov

Dép. I.R.O.

Université de Montréal

Illumination globale

• Illumination locale– Lumière provient directement des sources de

lumière et réfléchit vers la caméra• Illumination globale

– Lumière provient directement des sources de lumière ainsi que de la lumière distribuée entre les surfaces (traitées comme des lumières secondaires)

– Pour n éléments de surfaces, on peut devoir traiter interactions 2nO

Equation du transport de lumière

iiif

k

oios dkLkkkLi

cos,

ﾠ

Nﾠ

- k i

ﾠ

ko

ﾠ

i

id

Rendering Equation (Kajiya, 1986):

os kL

if kL

Surface Radiance(leaving the surface)

Field Radiance(incident to the surface)

BRDF oi kk ,

Equation du transport de lumière

iiif

k

oios dkLkkkLi

cos,

ik

iiifs dkLR

L

cos

n

jjij

iii LF

REL

1

BRDF: lambertien

radiositéméthode d’éléments finis

carreaux de couleurs constantes

ﾠ

Nﾠ

- k i

ﾠ

ko

ﾠ

i

id

Radiosité (la boîte de Cornell)

Original

Hemi-cube

Radiosité (la boîte de Cornell)

Discontinuités

Radiosité - Grande scène

Radiosité - Grande scène

Radiosité -- Grande scène fermée

Radiosité - Maillage de discontinuités

Radiosité

+ populaire de 1985 à 2000, où photo-réalisme équivalait à radiosité…

+ résolution standard d’un système matriciel de type avec plusieurs variantes

+ rendu indépendant du point de vue

+ solution adaptative et hiérarchique

+ radiosité négative et fonction d’importance

- robustesse des maillages et surfaces courbes

- complexité pour obtenir des solutions de grande qualité (ombres, spécularités, etc.)

bx A

Tracer de particules

• Simulation par éléments finis remplacée par une simulation statistique de particules

• Emet une particule à partir des lumières et suit ses interactions dans la scène (dépôt d’énergie, redistribution, absorption)

• Dépose la puissance transportée par une particule sur le texel du triangle intersecté

A

RL ie

A

nL t

radiance d’unesurface lambertienne

triangle d’aire A divisé en nt texelstouché par un photon de puissance

probabilité de réflexiondu photon est p = R

incrément de la radiance du texel

Tracer de particules

A

RL ie

A

nL t

radiance d’unesurface lambertienne

triangle d’aire A divisé en nt texelstouché par un photon de puissance

probabilité de réflexiondu photon est p = R

incrément de la radiance du texel

i

R

e Emitted power

Incident power

Reflectance

AreaA

Tracer de particules

Tracer de particules

• Lors d’une interaction avec une surface, une particule doit réfléchir dans une direction statistiquement distribuée selon une réflexion lambertienne

wvu 22121 1,2sin,2cosdirection -

où sont deux nombres aléatoires [0,1] est dans la direction normale au triangleet forme un système d’axes orthonormésur le triangle

w wvu ,,

21,

Tracer de particules

nelambertienémission selon direction une

absorptiond' éprobabilit lacompenser pour ; 2

absorbénon photon

/ r additionne )( xel te

) (

absorbénon photon

aléatoire)(uniforme, nelambertienémission selon direction une

aléatoire)(uniforme, lumière unesur origine une

/ RGB

photons

b

ca

if

c

cbaif

while

b

a

for

R

ARn

t

n

n

t

Tracer de particules

+ Permet de simuler tous les types d’interactions par simulation statistique

+ Fonctionne avec tous les objets compatibles au lancer de rayons

- Doit traiter un très grand nombre de photons- Biais et importance du point de vue

+ Photon mapping, bidirectional, Metropolis

+ Avec ses diverses variantes, probablement la solution la plus populaire maintenant

Tracer de chemins

• Part de l’oeil et retrace un chemin « probable » jusqu’aux lumières

iiif

k

oioeos dkLkkkLkLi

cos,

i

iiifoioeos kp

dkLkkkLkL

cos,

pour une interaction:

probability density functionfor importance sampling

inconnue: récursion

iikp

R

cos

lambertien ifoeos kRLkLkL

Tracer de chemins

) ) 1, (raycolor (return

) BRDF ( random

) ( if

RGB

) at hitsray ( if

) int , ray (raycolor RGB

max

-

depthsRc

depthdepth

Lc

deptht

e

dc

d

b

c

ba

Tracer de chemins

Veach

Tracer de chemins

Shirley

Tracer de chemins

+ Solution non-biaisée et la plus flexible

- Extrêmement bruitée avec lente convergence