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Light and Color in Nature Dennis Schwarz und Patrick Kapahnke Seminar MPI für Informatik, betreut von Marcus Magnor 14.02.04.

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Präsentation zum Thema: "Light and Color in Nature Dennis Schwarz und Patrick Kapahnke Seminar MPI für Informatik, betreut von Marcus Magnor 14.02.04."—  Präsentation transkript:

1 Light and Color in Nature Dennis Schwarz und Patrick Kapahnke Seminar MPI für Informatik, betreut von Marcus Magnor

2 Überblick Ziele der Simulation Reflektion und Refraktion –Snells Law, Fresnel Term –Schlick`s Approximation Dispersion Kaustiken, Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

3 Ziele der Simulation Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

4 Ziele der Simulation Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

5 Überblick Ziele der Simulation Reflektion und Refraktion –Snells Law, Fresnel Term –Schlick`s Approximation Dispersion Kaustiken, Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

6 Reflektion und Refraktion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Index of Refraction n i /n r –Indizes für die Dichte der Materialien –Bestimmt die Stärke der Licht- brechung, n=1 für Vakuum, Luft –n>1 für dielektrische Materialien Snell`s Law –n i sin i = n r sin( r ) Totale interne Reflektion –tritt nur auf beim Übergang von dichterem zu dünnerem Material

7 Reflektion und Refraktion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Fresnel Term –Bestimmt Verhältnis zwischen reflektiertem und durchgelassenen Licht –Index of Refraction ist abhängig von der Wellenlänge des Lichts, der Fresnel Term also auch –Schlick`s Approximation

8 Reflektion und Refraktion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

9 Überblick Ziele der Simulation Reflektion und Refraktion –Snells Law, Fresnel Term –Schlick`s Approximation Dispersion Kaustiken, Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

10 Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Sichtbares Licht –Wellenlängen von 380 nm (violett) bis 780 nm (rot) –Weisses Licht zusammengesetzt aus vielen Wellenlängen Index of Refraction –Gibt durchschnittliche Lichtbrechung des sichtbaren Spektrums an –Aber: Index von der Wellenlänge abhängig!

11 Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Beispiel für Dispersion –Prisma: Spaltet das weiße Licht in seine Komponenten auf –Licht nimmt je nach Wellenlänge anderen Pfad durch den Körper Erweiterung des Raytracers: –Beim Übergang in ein anderes, transparentes Medium soll Licht gespalten werden Problem: Woher die korrekten Refraktionsindizes für alle Wellenlängen nehmen?

12 Sellmeier-Approximation –Refraktionsindizes nicht linear und nur experimentell bestimmbar. –Annäherung an tatsächliche Werte mit Sellmeier- Approximation: Materialkonstanten A i, B i z.B. aus Glaskatalog. –www.schott.comwww.schott.com Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

13 Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Bild 1: Glaskugel, Bleiglas

14 Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Bild 1: Glaskugel, Bleiglas

15 Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Bild 2: Wasserbecken

16 Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Bild 2: Wasserbecken

17 Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Bild 2: Wasserbecken

18 Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Bild 2: Wasserbecken

19 Überblick Ziele der Simulation Reflektion und Refraktion –Snells Law, Fresnel Term –Schlick`s Approximation Dispersion Kaustiken, Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

20 Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Zwei Schritte: –Lichtquellen senden Photonen aus, die in einer Beschleunigungsstruktur gespeichert werden –Raytracing vom Betrachter aus, Lichtintensität und Wellenlänge werden beim Auftreffpunkt auf einer diffusen Oberfläche aus der Photon Map berechnet Photon: –Auftreffpunkt –Intensität und Wellenlänge des Lichts (=> RGB) –Richtung zur Lichtquelle

21 Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

22 Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

23 Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

24 Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Probleme: –Kaustiken sollten detailreich sein, benötigen also viele Photonen, während der restlichen Szene weniger Photonen genügen –Fehler bei der Beleuchtungsberechnung an den Kanten: Intersection Point sollte im Schatten liegen naiver Algorithmus wertet die Photonen auf der Oberseite mit

25 Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04 Verwendung von zwei Photon Maps mit unterschiedlichen Detailstufen –Global Photon Map für Photonen, die direkt auf einer diffusen Oberfläche landen –Caustics Photon Map für Photonen, die reflektiert oder durch ein transparentes Material geleitet wurden Richtungstest beim Sammeln der Photonen: –nur Photonen mit N photon.dir 0 sind gültig (N ist Normale der getroffenen Oberfläche)

26 Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04

27 Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten Light and Color in Nature WS 03/04


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