How to make a Pixar Movie Lighting & Shading Michael Keil

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

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

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

Light Sources Verschiedene Lichtquellen Sonne Lampe Kerze

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

Point Light Feste Position Quadratische Intensitätsabnahme mit zunehmender Entfernung

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

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

Beleuchtungsmodelle Lokale Beleuchtung, mit Ambient Light und Schatten

Beleuchtungsmodelle Globale Beleuchtung

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

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

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

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

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

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

Ambient Light Umgebungslicht

Phong Illumination Modell

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

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

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

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

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

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

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

Shading Interpolation der Pixel Wie werden die Helligkeiten berechnet?

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

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

Gouraud Shading Berechnung der Helligkeiten an den Vertices des Polygons

Gouraud Shading Normale eines Vertex Mittel der angrenzenden Flächennormalen

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

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

Gouraud Shading Abflachen gewölbter Oberflächen Lösung: mehr Polygone höherer Rechenaufwand

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

Phong Shading Torus-Objekt mit Phong Shading

Shading-Verfahren im Vergleich Flat Shading Phong Shading Gouraud Shading

Fragen Danke für eure Aufmerksamkeit