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

Überblick Realistische Berechnung von Wassereffekten Ziele der Simulation Reflektion und Refraktion Snells Law, Fresnel Term Schlick`s Approximation Dispersion Kaustiken, Photon Mapping 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Ziele der Simulation Realistische Berechnung von Wassereffekten 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Ziele der Simulation Realistische Berechnung von Wassereffekten 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Überblick Realistische Berechnung von Wassereffekten Ziele der Simulation Reflektion und Refraktion Snells Law, Fresnel Term Schlick`s Approximation Dispersion Kaustiken, Photon Mapping 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Reflektion und Refraktion Realistische Berechnung von Wassereffekten Reflektion und Refraktion Index of Refraction ni/nr 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 ni sin(qi) = nr sin(qr) Totale interne Reflektion tritt nur auf beim Übergang von dichterem zu dünnerem Material 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Reflektion und Refraktion Realistische Berechnung von Wassereffekten Reflektion und Refraktion Fresnel Term Bestimmt Verhältnis zwischen reflektiertem und durchgelassenen Licht Index of Refraction ist abhängig von der Wellenlänge des Lichts l, der Fresnel Term also auch Schlick`s Approximation 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Reflektion und Refraktion Realistische Berechnung von Wassereffekten Reflektion und Refraktion 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Überblick Realistische Berechnung von Wassereffekten Ziele der Simulation Reflektion und Refraktion Snells Law, Fresnel Term Schlick`s Approximation Dispersion Kaustiken, Photon Mapping 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten 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! 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten 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? 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Sellmeier-Approximation Refraktionsindizes nicht linear und nur experimentell bestimmbar. Annäherung an tatsächliche Werte mit Sellmeier-Approximation: Materialkonstanten Ai, Bi z.B. aus Glaskatalog. www.schott.com 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Bild 1: Glaskugel, Bleiglas 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Bild 1: Glaskugel, Bleiglas 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Bild 2: Wasserbecken 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Bild 2: Wasserbecken 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Bild 2: Wasserbecken 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Dispersion Realistische Berechnung von Wassereffekten Bild 2: Wasserbecken 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Überblick Realistische Berechnung von Wassereffekten Ziele der Simulation Reflektion und Refraktion Snells Law, Fresnel Term Schlick`s Approximation Dispersion Kaustiken, Photon Mapping 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten 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 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten 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 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten 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 ³ 0 sind gültig (N ist Normale der getroffenen Oberfläche) 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten 14.02.04 WS 03/04 Light and Color in Nature

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