Real Time Global Illumination for Dynamic scenes

Alejandro Drago 06-39485Cesar Villasana 06-40459

Iluminación Global (GI)

• Conjunto de Técnicas o algoritmos de iluminación y sombreado.

• En escenas estáticas = menos aspectos a considerar.

• En escenas Dinámicas = se complica un poco la cuestión.

• Tipos de iluminación: -Iluminación directa-Iluminación indirecta

• Películas como SHREK, Toy Story, etc. usan técnicas para simular GI.

El objetivo principal

Usar técnicas que permitan el eficiente dinamismo de los objetos en las escenas.

Las 3 vertientes:

• Técnicas de espacio de pantalla (Screen Space Techniques)

• Luces de puntos virtuales (Virtual point Lights)• Elementos finitos jerarquicos (Hierarchical

Finite Elements)

Técnicas de espacio de pantalla (Screen Space Techniques)

• Oclusión Ambiental (Ambient Occlusion)

Oclusión: “Acción y resultado de cerrar u obstruir algo” – WorldReference.com

Oclusión Ambiental (Ambient Occlusion)

Oclusión Ambiental vs Sombreado de Phong

Oclusión Ambiental (Ambient Occlusion)

Esquema

• Formula• La oclusión en el punto de la superficie

con normal puede ser calculado con la integracion de la funcion de visibilidad sobre el hemisferio Ω con respecto al angulo de proyeccion:

• Donde:• es la funcion de visibilidad para el punto ,

definida como cero si esta ocluida en la direccion y uno en otro caso, y es el paso del angulo infinitesimal de la integracion de la variable .

Oclusión Ambiental (Ambient Occlusion)

No son resultados finales

Oclusión Ambiental (Ambient Occlusion)

Screen Space Ambient occlusion

Uso de deph Buffer Pixel por pixel

Esquema: Es implementado como un pixel shader. valores de profundidad alrededor del pixel -> cantidad de oclusión Implementación simple -> solo profundidad

Screen Space Ambient occlusion

Ventajas:•Independiente de la complejidad de la escena•No se necesita data pre-procesada•Funciona de la misma forma consistente para cada pixel•Sin uso del CPU – puede ser totalmente realizado por el GPU•Se puede fácilmente agregar a cualquier pipeline grafico

Screen Space Ambient occlusion

Desventaja:•Difícil de suavizar el ruido sin interferir con la discontinuidad de profundidades. Como los bordes de los objetos.

Screen Space Ambient occlusion

Screen Space Ambient occlusion - Usando el metodo de Crytek

• Bajos costos

• Buenos resultados

Screen Space Ambient occlusion - Usando el metodo de Crytek

Crysis – Juego con el que se uso por primera vez esta técnica

Screen Space Ambient occlusion - Usando el metodo de Crytek

Crysis – Juego con el que se uso por primera vez esta técnica

Screen Space Ambient occlusion - Usando el metodo de Crytek

Crysis – Juego con el que se uso por primera vez esta técnica

Screen Space Ambient occlusion - Usando el metodo de Crytek

En qué consiste? Ubicar puntos más hacia el centro -> mejor resultado Aproximadamente 16 sample points-> bajos costos

Screen Space Directional oclussion

• Problema:

Screen Space Directional oclussion

• Ejemplo:

Screen Space Directional oclussion

• Solución:

Screen Space Directional oclussion

• Esquema:

Orientada y Coloreada por solo un poco de tiempo extra de renderizado (2%-9%)

Screen Space Directional oclussion

• Desventajas:

Screen Space Directional oclussion

Iluminación Indirecta (Indirect Illumination)

Iluminación Indirecta (Indirect Illumination)

Overhead: ~30%

Escena compleja

Virtual point Techniques

• Instant Radiosity • Incremental Instant Radiosity• Imperfect Shadows

Instant Radiosity

Instant Radiosity

Instant Radiosity

Instant Radiosity

Instant Radiosity

Instant Radiosity

GeForce 6800gt: 250 luces secundariasSin sombras: 60-100 FPSCon sombras: ~17 FPS

Incremental Instant Radiosity

Imperfect Shadows

• Consiste en disminuir la cantidad de puntos de las sombras

• Disminuir calidad de las sombras

Imperfect Shadows

• Bajar la calidad de imagen = disminuir costos de renderizado

¿Alguna diferencia?

Imperfect Shadows

• Dos pasos escenciales para lograr el sombreado imperfecto:

Imperfect Shadows

• Algunos ejemplos:

Elementos finitos jerarquicosDynamic AO using surface elements:

Consiste en tomar los elementos visibles como un conjunto de discos.

¼ del tamaño de cuadros adyacentes

• Cada Disco puede:Reflejar luzCrear sombraEmitir luz

Cara de frente vs Cara de atrás

Dynamic AO using surface elements:

• Para la técnica:

Se reflejan los niveles de luz de manera indirecta.

Se reflejan sombras a los discos de cuyas caras se encuentren atrás.

Dynamic AO using surface elements:

Dynamic AO using surface elements:

El segundo caso es un efecto indeseado, Se omite la sombra de B (Double shading)

Antiradiance

• Base de la técnica: Omitir la oclusión

Antes teníamos que:

Antiradiance

• Ventaja Principal: No hay que chequear quien esta por delante.

Antiradiance

• Se crea la noción de una luz negativa (sombras).

• Por ejemplo:

CONCLUSIONES