Light and Color in Nature

Präsentation zum Thema: "Light and Color in Nature"—  Präsentation transkript:

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

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

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

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

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

6 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 WS 03/04 Light and Color in Nature

7 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 WS 03/04 Light and Color in Nature

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

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

10 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! WS 03/04 Light and Color in Nature

11 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? WS 03/04 Light and Color in Nature

12 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. WS 03/04 Light and Color in Nature

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

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

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

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

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

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

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

20 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 WS 03/04 Light and Color in Nature

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

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

24 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 WS 03/04 Light and Color in Nature

25 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) WS 03/04 Light and Color in Nature

26 Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten
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27 Photon Mapping Realistische Berechnung von Wassereffekten
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