How to make a Pixar Movie

Präsentation zum Thema: "How to make a Pixar Movie"—  Präsentation transkript:

1 How to make a Pixar Movie
Lighting & Shading Michael Keil

2 Gliederung 1. Licht in der realen Welt 2. Lighting 2.1 Light Sources
2.2 Beleuchtungsmodelle 3. Shading 4. Fragen und Diskussion

3 Licht in der realen Welt
Was ist Licht? kann als Welle und als Teilchen beschrieben werden Farbspektrum des sichtbaren Lichts

4 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

5 Light Sources Verschiedene Lichtquellen Sonne Lampe Kerze

6 Directional Light Keine eindeutige Lichtposition
Bestimmt durch Richtung und Intensität Konstante Lichtintensität

7 Point Light Feste Position Quadratische Intensitätsabnahme mit
zunehmender Entfernung

8 Spot Light Feste Position Point Light + Winkel-Constraint
Intensitätsbestimmung in 2 Winkeln a

9 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

10 Beleuchtungsmodelle Lokale Beleuchtung, mit Ambient Light und Schatten

11 Beleuchtungsmodelle Globale Beleuchtung

12 Phong Illumination Modell
empirisches Modell, Juni 1975 vorgestellt Baut nicht auf physikalischen Annahmen auf Emissive Light, Diffuse Light, Specular Light, Ambient Light

13 Emissive Light Beschreibt die Eigenhelligkeit eines Objekts
Beispiele sind Monitore, Fernseher, Werbetafeln, etc.

14 Diffuse Light Reflexion des eintreffenden Lichts in jede Richtung
Einfallswinkel beeinflusst Lichtintensität

15 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 Lichtvektor Normalvektor

16 Specular Light Spiegelnde Komponente der Reflexion Abhängig von
Position des Betrachters Oberflächenbeschaffenheit

17 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

18 Ambient Light Umgebungslicht

19 Phong Illumination Modell

20 RGB-Farbraum Stellt Farben durch additive Mischung aus Rot, Grün und Blau dar

21 RGB-Farbraum 3-fache Berechnung, einmal für jede Wellenlänge Farbe R=
Schwarz Rot 255 Grün Blau Cyan Magenta Gelb Weiß

22 Blinn-Phong Modell (1977) Weiterentwicklung des Phong Modells
Unterschied in der Berechnung der spiegelnden Komponente

23 Blinn-Phong Modell Winkelhalbierende statt Reflexionsvektor
V  normierter Vektor vom Punkt zum Betrachter L  normierter Vektor vom Punkt zu der zu betrachtenden Punktlichtquelle V

24 Cook-Torrance Modell Realitätsnäher
benutzt Mikrofacetten, die V-förmige Löcher ergeben Hohe Berechnungszeiten

25 Cook-Torrance Modell Lichtreflexion der Facetten (statistisches Modell) berechnet durch Fresnel-Reflexions-Koeffizienten Geometrischen Abschwächungsfaktor

26 Cook-Torrance Modell Wird für Metalle und Materialien mit verschiedenen Rauheiten benutzt

27 Shading Interpolation der Pixel Wie werden die Helligkeiten berechnet?

28 Flat Shading Beleuchtungsberechnung einmal pro Dreieck mit Hilfe der Flächennormalen Problem: Mach-Band Effekt

29 Mach-Band-Effekt Kontrasterhöhung an den Kanten durch das menschliche Auge

30 Gouraud Shading Berechnung der Helligkeiten an den Vertices des Polygons

31 Gouraud Shading Normale eines Vertex
Mittel der angrenzenden Flächennormalen

32 Gouraud Shading Füllen des Polygons mit Linien
Linien werden mit einem Zwischenwert der Vertex-Werte interpoliert

33 Gouraud Shading Nachteile:
Glanzpunkte innerhalb von Polygonen gehen verloren Sternenförmige Glanzpunkte an den Ecken

34 Gouraud Shading Abflachen gewölbter Oberflächen Lösung: mehr Polygone
höherer Rechenaufwand

35 Phong Shading Zu den Normalen an den Vertices werden interpolierte Normalen an jeder Stelle des Polygons berechnet Beleuchtungsberechnung pro Pixel erhöhter Rechenaufwand

36 Phong Shading Torus-Objekt mit Phong Shading

37 Shading-Verfahren im Vergleich
Flat Shading Phong Shading Gouraud Shading

38 Fragen Danke für eure Aufmerksamkeit