Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Simulation globaler Lichtverteilung.

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1 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Simulation globaler Lichtverteilung

2 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Lösen globaler diffuser Beleuchtung in abgeschlossenem System Gut geeignet für Innenraumsimulationen Algorithmik und Ergebnisbilder doch sehr verschieden zu Ray Tracing

3 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Prinzip Lichquellen & Objektoberflächen werden als flächenhafte Strahler betrachtet, die reflektierte emittierte Energie in die Umgebung abstrahlen.

4 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Scanline / RT / Radiosity Scanline, Ray Tracing, Radiosity keine Schatten keine indirekte Beleuchtung

5 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Beleuchtungsmodell (1) B k Radiosity von patch k E k Eigenemmission von patch k F kj B j Beitrag von den anderen patches F kj Form-Faktor, Beitrag v. B j zu B k k Reflexionsfaktor von patch k

6 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Beleuchtungsmodell (2) Form-Faktor F kj : Beitrag von patch j zu patch k. k j r A j A j ' P k.

7 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Beleuchtungsmodell (3) Form-Faktor Berechnung teuerster Schritt bei Radiosity numerisch (Monte Carlo Methode) hemicube Ansatz P k P j

8 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Form-Faktor – Hemicube Ansatz

9 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Beleuchtungsmodell (4) Form-Faktor Eigenschaften Gesamtenergie = konstant gleichförmige Reflexion keine Selbstbeleuchtung

10 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Beleuchtungsmodell (5) Radiosity Gleichung

11 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Algorithmus (Radiosity) Diskretisierung der Szene Formfaktorberechnung Lösung des Gleichungssystems Standard Rendering Geometrische Änderung Beleuchtungs- oder Materialänderung Beobachtungs- änderung

12 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Darstellung B i s legen die Darstellungsfarbe fest Schattierung durch Gouraud-Shading und spezieller Behandlung an den Kanten. B1B1 B2B2 B3B3 B4B4 interpoliert extrapoliert

13 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Beleuchtungsmodell (6) Lösung der Radiosity Gleichung Gauss-Elimination LU Faktorisierung Zeit- und Platz-aufwendig

14 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Beleuchtungsmodell (7) Lösen der Radiosity Gleichung Gauss-Seidel Iteration P k B j Gathering

15 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Progressive Refinement Generelle Methode: Zuerst eine Näherungslösung bestimmen Näherungslösung sukzessive verfeinern Ansätze: Ray Tracing: Verfeinerung der räumlichen Auflösung Radiosity: Verfeinerung der radiometrischen Auflösung

16 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Progressive Refinement (Ray Tracing) time Example Image

17 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Progressive Gathering

18 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Beleuchtungsmodell (8) Gathering vs. Shooting P k B j P k B k

19 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Shooting – Algorithmus 1.Patch mit größter Energie auswählen 2.Eine Formfaktor-Spalte berechnen 3.Radiosity der umgebenden Patches aktualisieren 4. Solange bis Konvergenz

20 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Progressive Refinement Radiosity (1) Shooting select brightest patch k and distribute its radiosity B k

21 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Progressive Refinement Radiosity (2) init B j := 0, init B j := emissions for each patch k { do hemicube, calc. form factors F kj for each patch j { rad := j *F kj * B k *A k /A j B j := B j + rad } B k := 0 }

22 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Progressive Shooting

23 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Gathering vs. Shooting Gathering: Gleichungssystem lösen (Gauss-Seidel) Start: B i s = 0, außer Lichtquellen Änderung einer Fläche pro Iteration Shooting: Hellste Fläche selektieren Energie auf alle Flächen aufteilen Änderung aller Flächen pro Iteration

24 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity - Eigenschaften Beliebige Flächenlichtquellen Globale diffuse Beleuchtung Schatten und Halbschatteneffekte Unabhängig vom Betrachterstandpunkt Keine Spiegelreflexion und Transparenz Szene muß aus Polygonen bestehen

25 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity – Beispiele

26 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity – Beispiele

27 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity – Beispiele

28 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity – Beispiele

29 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity – Beispiele

30 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity – Beispiele

31 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Ray Tracing vs. Radiosity

32 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Ray Tracing vs. Radiosity

33 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Ray Tracing / Radiosity RT Rad

34 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Ray Tracing / Radiosity dRT RT Rad

35 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Images

36 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Images

37 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Images

38 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Images

39 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Images

40 Helwig Hauser Teil 9: Radiosity Radiosity Images