Sombras y Reflexi

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Sombras y Reflexión
Laboratorio de Computación Grafica Universidad
Central de Venezuela

• Ernesto Coto

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Contenido

• Introducción
• Sombras
• Sombras Falsas
• Sombras Planares
• Texturas de Sombra
• Mapas de Luz
• Z-Buffer de Sombras
• Volúmenes de Sombra
• Reflexiones
• Reflexión Planar
• Reflexión Planar utilizando Aplicación de Texturas

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Conocimientos Previos

• Iluminación
• Reflexión
• Mapeo de texturas
• Despliegue de objetos 3D
• Z-Buffering
• Proyecciones
• Blending

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Introducción

• Generar una escena usando modelos de iluminación
  local no la hace lucir real
• Utilizar modelos de iluminación global puede ser
  muy costoso
• Agregar simulaciones de fenómenos naturales puede
  hacer que una imagen luzca más real

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Introducción

• Agregar sombras y reflexiones a la escena es una
  buena alternativa

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Sombras
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Sombras

• Las sombras indican la posición relativa del
  objeto

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Sombras

• Sombras Duras y Suaves

Fuente en forma de punto
Fuente en forma de área
Umbra
Umbra
Penumbra
Penumbra
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Sombras

• Sombras Duras y Suaves

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Sombras

• Los algoritmos de sombras determinan que objetos
  son alcanzables por la luz
• Para escenas donde la luz esta fija, las sombras
  pueden precalcularse
• El costo viene cuando las luces se mueven

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Sombras

• Sombras Falsas
• Dibujar en el plano un polígono que se asemeje a
  la silueta del objeto

y
x
z
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Sombras

• Sombras Planares
• Proyectar modelo 3D en un plano base

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Sombras

• Sombras Planares
• No es necesario determinar que partes del objeto
  son alcanzadas por la luz
• Soporta luces direccionales o de foco
• Produce sombras duras

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Sombras

• Sombras Planares
• Solo puede aplicarse a planos
• Pilas de polígonos crean efecto de Z-fighting
• El plano de proyección de la sombra es finito

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Sombras

• Texturas de sombra
• Para cada objeto sombreado, proyectar los
  polígonos que ocluyan la luz en el plano de
  sombra del polígono
• Usar additive blending para acumular todas las
  contribuciones
• Copie el resultado en una textura
• Dibuje el polígono en la escena final con la
  textura de sombra

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Sombras

• Texturas de sombra
• La textura cambia si la luz cambia

Textura de Sombra
Imagen Final
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Sombras

• Mapas de Luz
• Es una textura de sombra estática
• Consiste en añadir una segunda textura a las
  caras existentes en una escena 3D

Textura Original
Mapa de Luz
Textura Mapa de Luz
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Sombras

• Mapas de Luz
• Las texturas suelen calcularse usando una técnica
  basada en iluminación global

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Sombras

• Z-Buffer de sombras
• También llamado Mapa de Sombra
• La escena se despliega vista desde la luz y la
  información de profundidad se almacena en el
  Z-Buffer de sombras

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Sombras

• Z-Buffer de sombras
• Despliegue la escena desde el ojo
• Transforme todo píxel (visible) al espacio de
  coordenadas de la luz
• Compare valores de profundidad
• Si es idéntico, el píxel esta iluminado
• De lo contrario es una sombra
• Calcule un Mapa de Sombras para cada luz

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Sombras

• Z-Buffer de sombras

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Sombras

• Z-Buffer de sombras
• Puede simular sombras en cualquier escena en la
  que pueda utilizarse Z-buffering
• Requiere un Z-buffer separado para cada luz
• Para N luces, cada polígono se despliega N1
  veces

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Sombras

• Volúmenes de Sombra
• Un volumen de sombra es el volumen invisible
  originado por la sombra de un objeto

Luz
Volumen de Sombra
Polígono
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Sombras

• Volúmenes de Sombra
• Para cada polígono, calcule su volumen de sombra

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Sombras

• Volúmenes de Sombra
• Para cada punto visible
• Para cada volumen de sombra
• Si el punto esta dentro de un volumen, está en
  una sombra

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Sombras

• Volúmenes de Sombra

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Sombras

• Volúmenes de Sombra
• El cálculo de las siluetas es costoso
• El despliegue de los polígonos es mas costoso
• Proporciona sombras precisas
• Soporta múltiples fuentes de luz

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ReflexiónVisual
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Reflexiones

• Aumenta el realismo de la escena
• El trazado de rayos maneja reflexiones pero a un
  alto costo computacional
• Veremos técnicas sencillas para generar
  reflexiones

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Reflexiones

• Reflexiones Planares
• Basados en la Ley de Reflexión El ángulo de
  entrada es igual al de salida
• Redibujar el objeto invertido con la superficie
  reflectora como plano de referencia

Z
Objeto
Plano (Espejo)
Reflejo
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Reflexiones

• Reflexiones Planares

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Reflexiones

• Reflexiones Planares

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Reflexiones

• Reflexiones Planares
• Lo que se hizo fue reflejar el mundo sobre el
  espejo
• Pero también es posible reflejar el punto de
  vista sobre el espejo, para obtener lo que se ve
  en el espejo

Ojo reflejado
Reflejo
Objeto
Ojo
Plano (Espejo)
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Reflexiones

• Reflexiones Planares
• Cambie la posición y dirección de la cámara en el
  plano, luego despliegue

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Reflexiones

• Reflexiones Planares usando Mapeo de Texturas
• Similar al anterior
• Despliegue la escena
• Copie la imagen a una textura
• Mapear la textura en el
• polígono reflector

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Reflexiones

• Reflexiones Planares usando Mapeo de Texturas

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Resumen

• Motivación
• Concepto de Algoritmo de Sombras
• Tipos de Sombras
• Técnicas de generación de sombras
• Reflexiones planares

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Bibliografía

• Atherton, P. R. Weiler, K. Greenberg, D.
  Polygon Shadow Generation. Proceedings of
  SIGGRAPH 78, vol. 12, num. 3. pp. 275-281. New
  York, 1978.
• Bilodeau, Bill Songy, Mike. Real Time Shadows.
  Creativity '99, Creative Labs Inc. sponsored game
  developer conferences, Los Angeles, California,
  and Surrey, Inglaterra. Mayo, 1999.
• Moller, Tomas Haines, Eric. Real-Time
  Rendering. A.K. Peters, Ltd. 1999.
• Woo, Andew Poulin, Pierre Fournier, Alain. A
  Survey of Shadow Algorithms. IEEE Computer
  Graphics and Applications, vol. 10, num. 6,
  Noviembre, 1990.

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Preguntas