TU Wien:Rendering VO (Weidlich)/Zusammenfassung SS09

Hinweis

Es handelt sich hier um eine stichwortartige Zusammenfassung der Folien. Da keine Bilder enthalten sind, ist es von Vorteil sich die Folien auch anzuschauen. Für Korrektheit und Vollständigkeit kann ich nicht garantieren.

Rendering Theory

Methoden zur lösung der rendering gleichung

inversion

• nicht verwendet
• kubusche zeit komplexität
• numerisch instabil

expansion

gathering

• serie von integralen entspricht stufen in rekursivem gathering algorithmus

shooting

• expansion der PE

integral berechnung

• numerische quadratur - summe gewichteter samples
• aufwand von simpson und brick steigt exponentiell mit dim des integranden
• monte carlo integration wird verwendet
  • anz samples nicht abhängig von der dimension
  • quasi MC
    • random hat löcher ->
    • halton/hammersley sequenzen werden verwendet
    • weniger rauschen
    • schwieriger zu implementieren

nachteile

• pfade unabhängig - keine kohärenzen nutzbar
• hochdimensionale integrale werden ausgewertet
  • rekursion beenden, wenn unter threshold
  • rek beenden mit russischem roulette
    • zufällige beendigung eines gesamten strahls aufgrund seiner ausbreitungswahrscheinlichkeit

vorteile

• gathering
  • es muss keine komplette repräsentation gespeichert werden -> speicherplatz
• shooting
  • flexible speichermethoden
• parallele abarbeitung von walks möglich wegen unabhängigkeit

iteration

• konvergiert, weil T contractive ist
• um die zwischenzustände von L zu speichern werden finite elemente benutzt

nachteile

• hohe speicheranforderungen
• probleme mit hochfrequenten schatten, reflexionen, kaustiken
• auch unsichtbare teile der szene werden berechnet

vorteile

• kohärenz kann gut ausgenützt werden
• die funktionen L sind augpunkt unabhängig
• durch diskretisierung wird implizit gesmootht -> besser als rauschen bei expansion
• robuster für hochreflektierende umgebungen

gathering type random walk - expansion algorithmen

startet vom aug unterscheiden sich darin, wie weitergesucht wird (Trace())

ray casting

• einzelner strahl wird mit der szene geschnitten
• first hit ray tracing
• kann als echtzeit renderer verwendet werden
• effizienter als OpenGL für sehr komplexe szenen

ray tracing

• photorealistischer rendering algorithmus
• whitted raytracing - hybrider algorithmus

schritte

• sichtbarkeits berechnung
• schnitt mit objekt
• schattierung auf grund vom winkel zur(/zu den) lichtquelle(n)
• bestimmung von schatten durch dazwischenliegende objekte
• reflexionen (auf andere objekte) berechnen und schattieren
• aufsummierung

distribution raytracing

• bei jedem schnittpunkt wird wieder in N richtungen weitergegangen ->
• sehr langsame konvergenz
• pro: einfach

path tracing

• einzelner pfad wird durch die szene verfolgt
• mit oder ohne sofortiger lichtquellenauswertung

simple PT

• schnell
• einfach:
  • man folgt dem strahl, bis man eine lichtquelle trifft oder
  • bis ein schwellwert überschritten wird
• funktioniert nicht bei kleinen lichtquellen
• hemisphärische integration

propagation strategien

• uniform, cosine, importance sampling

pfad ende

• schwellwert
• russisches roulette

improved PT

• zusätzlich wird die lichtquelle gesamplet (mehrfaches einflusssampling)
  • normaler pfad (raumwinkel) und pfad zur lichtquelle - heuristik basierend auf den relativen samplewahrscheinlichkeiten wählt, welcher pfad verfolgt wird
  • die samples werden mit ihrer relativen wahrscheinlichkeit gewichtet (nur notwendig, wenn beide strahlen die gleiche lichtquelle treffen, sonst einfach addieren)
  • jeder strahl hat 2 wahrscheinlichkeiten
    • wahrscheinlichkeit, dass BRDF den strahl erzeugt
    • wahrscheinlichkeit, dass der strahl als lichtquellen sample erzeugt wird
• problem: richtige gewichtung der 2 samples (normaler pfad + lichtquelle)
• direktes lichtquellen sampling
  • integrand wird in direkte und indirekte beleuchtungskomponente geteilt

vorteile

• einfach
• konvergiert gegen die lösung

nachteile

• eher schlechtes konvergenzverhalten, vA für kleine lichtquellen

shooting type random walk - (expansion?) algorithmen

beginnt bei der lichtquelle verteilt das licht auf besuchte punkte, die dann in den bildraum projiziert werden unterscheiden sich darin, wie weiter geschossen wird (Shoot())

forward raytracing/photon tracing

• umgekehrtes raytracing
• unbrauchbare konvergenz

light tracing (/forward path tracing)

• umgekehrtes path tracing
• hohe varianz (=rauschen?)
• konvergiert gegen die lösung
• unbrauchbar in der praxis

bidirektionale random walk algorithmen

kombinieren gathering und shooting

bidirektionales path tracing

• 2 strahlen werden ausgeschickt
  • einer vom aug
  • einer von einer lichtquelle
• walks können von zwischen shooting und gathering umgewandelt werden
• es können alle gegenseitigen verbindungen ausgewertet werden, oder nur die letzte
• nicht so gut bei kaustiken

metropolis light transport

• bidirektionales tracing wird durchgeführt, bis ein brauchbarer pfad gefunden wird
• dann wird der gefundene pfad leicht verändert, in der hoffnung, noch mehr nützliche pfade zu finden
  • bidirectional mutations
    • pfad länge wird geändert, indem vertices weggelassen werden
  • perturbations
    • an manchen punkten, werden die richtungen leicht geändert

vorteile

• gut für schwierige situationen (kaustiken, viel specular...)

nachteile

• anfangsproblem (?) macht das verfahren suboptimal für normale szenen
• sehr schwer zu implementieren

storage-based algorithmen

classical radiosity (iteration)

• deterministisch
• mit formfaktoren, szene wird in patches geteilt
• formfaktor gibt an, welchen einfluss ein anderer patch auf den aktuellen patch hat - geometrische größe

geometrische diskretisierung

• mehr patches sind teuer -> bessere darstellung auf weniger patches
• meshing - in wohlgeformte polygone
  • führt zu schatten/licht leaks
  • discontiuity meshing
    • meshes werden direkt an unterbrechungsstellen erzeugt (verhindert leaks)
  • regular subdivision

hierarchical radiosity

• es werden nur beeinflussungen berechnet, die wichtig sind - schaut auf die formfaktoren
• push/pull
  • formfaktoren werden geschätzt, wenns nicht passt - weiter verfeinern
  • in jeder ebene wird radiosity hinzugefügt
• unschärfer als discomeshes, aber wohl schneller

zur darstellung muss der mesh interpoliert werden (kann bei discomeshes zu problemen führen) beschränkt auf

• polygone
• diffuses material (spiegel durch erweiterungen möglich)

stochastische annäherungen (expansion)

global lines

• stochastisches radiosity verfahren
• strahlen werden in die szene geworfen und mit allen objekten geschnitten und der lichttransport aufgezeichnet
• unter umständen schneller als photon tracing
• wird nicht verwendet (neuere verfahren)

photon tracing

• interaktion von photonen mit oberflächen werden gespeichert
• speicherstrukturen
  • photonmaps
    • sehr effizient für kaustiken
      • mehrere photonen werden zu specular objekten emittiert und beim auftreffen auf diffuse oberflächen gespeichert
    • für schatten
      • path tracing von der lichtquelle, 1. schnitt ist licht und alle folgenden schatten
    • langsam und speicherintensiv
  • lightmaps
    • lichttexturen auf objekten
• probleme bei steigender komplexität
  • speicherverbrauch explodiert (viele texels)
  • lange setup zeit
  • langsame konvergenz (zu langsam für monte carlo)

Shading Models

lösen der rendering gleichung

scanline rendering

• g - teilweise
• E - ja (wenn implementiert)
• integral - nein
• oberflächen/brdf/rho - rudimentär
• rekursion - nein

ray tracing

• g - ja, recht genau
• E - ja
• integral - nein
• oberflächen - teilweise/rudimentär
• rekursion - teilweise (spiegel)

radiosity

• g - ja
• E - ja
• integral - teilweise (diffus)
• oberflächen - teilweise (diffus)
• rekursion - ja

photon tracing

• g - ja
• E - ja
• integral - tw (lichtquelle-ja)
• oberflächen - tw (lichtquelle-ja)
• rekursion - ja

path tracing

• g - ja
• E - ja
• integral - ja
• oberflächen - ja
• rekursion - ja

aussehn eines objektes durch oberflächen reflexion

BRDF

• reflexionsverhalten für eine bestimmte wellenlänge
• über halbkugel

isotrop (richtungsgleich)

• rotationsinvariant
• gilt für viele oberflächen

anisotrop

• reflexionseigenschaften ändern sich bei rotation

repräsentationsformen

• tabellen mit messungen oder simulationsergebnissen
  • riesen datenmengen
  • anforderungen
    • schnelles sampling mit monte carlo soll möglich sein - notwendig für nicht-perfekte oberflächen
• annäherung durch analytische funktionen
  • anforderungen
    • reziprozität
    • energieerhaltung
    • schnelle auswertung
    • einfaches stochastisches sampling

BSDF - scattering

• BRDF & BTDF (transmission - wie BRDF, für strahlen die ins material hinein gehen)
• über kugel
• kaum verwendet

BTF - texturen

• zusätzlich positionsinformationen um BRDF daten zu kombinieren
• problem: übergangslose texturen erzeugen

empirische modelle

• zusammensetzung von komponenten

lambert

• nur diffus
• reflektierte lichtmenge wird durch cos des einfallswinkels berechnet

phong

• specular kommt dazu
• cos^n, je größer n, umso spitzer cos^n -> mehr specular reflexion

kombinierter phong

• directional diffuse

normaler cos zacken berechnet die helligkeit falsch, bei steil vs flachen winkel cos zacken mit specular ist schon besser generalisierter cos zacken (lafortune) machts richtig

• zacken nimmt mit flachem winkel zu

ward

• anisotrop
• basiert auf elliptischer gaussverteilung und reflektometer messungen

fresnel

• interface zwischen 2 materialien mit komplexem (leiter) / realem (nichtleiter) brechungsindex

physikalische modelle

torrance-sparrow

• komponenten
  • mikrofaser modell
  • fresnel reflexionsterm
  • rauheitsterm
• fasern sind perfekte spiegel (reflectors), abgesehn von
  • self-shadowing
    • unebenheit verdeckt reflektiertes licht -> es kommt weniger an
  • masking
    • unebenheit verdeckt eingehendes licht -> es kann weniger reflektiert werden
• vordefinierte oberflächentypen vorhande
• pro
  • physikalisch korrekt
  • exzellente ergebnisse
• contra
  • schwer zu samplen, programmieren
  • hängt von materialkonstanten ab

oren-nayar

• wie lambert bei sigma=0
• bei steigendem sigma - immer stärker rückreflektierend

HTSG

• basierend auf wellenoptik und brechungstheorie
• diffus und directional diffus wird getrennt
• komplex und mächtig, teuer in der berechnung

jenseits von BRDF-fähigkeiten

• phosphoreszierend
• fluoreszierend
• metallic
• pearlescent
• subsurface scattering

Appearance Modelling

BRDFs für advanced materials

probleme:

• komplexe struktur
• spektrale materialmodelle

fluoreszenz

• eingehendes licht, wird mit anderer wellenlänge abgestrahlt
• 2färbiges reflexionsmuster
  • an der oberfläche (substrat) reflektierte strahlen behalten die farbe
  • strahlen, die mit dem farbstoff zusammentreffen (subsurface), ändern die wellenlänge
• 2 phong cos zacken (einer für normal+einer für fluoreszierendes licht) liefern kein tolles ergebnis
• 2 schichten torrance-sparrow
  • rauer nichtleiter über fluoreszierendem lambert
  • mäßig gutes ergebnis

metallic

• statistische modelle

subsurface scattering

• licht dringt ins material ein und wird an einer anderen stelle reflektiert
• BSSRDF - surface scattering reflectance
• frei in position & richtung - monte carlo würde sehr lang dauern
• gilt nur für semi-infinite homogene medien
• beispiel
  • haut - 3 schichten BSSRDF
  • blätter
    • diffus, specular und durchlässigkeits term

Spectral Rendering

zur lichtberechnung in ray tracern kann entweder der farbraum oder spektrales rendering verwendet werden licht ist elektromagnetische strahlung in einem bereich des gesamten spektrums, bestimmt durch die frequenz die verteilung der wellenlängen eines lichtstrahls wird als spektrum bezeichnet

licht berechnungsgrößen

farbraum

• hauptsächlich RGB
  • geräte abhängig, nicht ideal
  • kann nicht alle farben darstellen
  • schnell + weit verbreitet
• CIE XYZ
  • gültige farben sind ein unterraum des 1. XYZ oktanten
  • ist nicht geschlossen unter der multiplikation

spektral

• maxwell renderer
• manchmal notwendig wegen den problemen von RGB und XYZ
• die spektralsamples (sginal gefaltet mit den 3 spektren) werden separat verarbeitet während den renderingberechnungen
• displayfarbe wird mit CIE colour matching funktionen berechnet
• licht wird als frequenzverteilung repräsentiert

diskretisieren

• regulär samplen
  • aliasing
  • schnelle faltung
• linear oder höhere speicherformen
  • speichereffizient
  • langsame faltung

eigenschaften

• genau
• vorhersagen der natur möglich
• hohe kosten, aliasing, kompliziert

bsp

• subtraktive farbmischung mit spektral viel genauer als mit rgb

effekte die spektrale berechnung verlangen

metamerismen

• verschiedene spektren erzeugen den gleichen farbeindruck
• -> farben sehen unter einer beleuchtung gleich aus, unter einer anderen verschieden

volumsabsorption

• vorhersage der absorption in transparenten materialien - im farbraum schwer möglich

dispersion

• interferenz und brechung abhängig von der wellenlänge

bsp

• prsima, zur lichtstreuung

interferenz und beugung

interferenz

• entsteht durch kleine stukturen
• minimal verschiedene ausbreitungszeiten führen zu auslöschung oder verstärkung
• seifenblasen

beugung

• passiert in kleinen strukturen
• cds

polarisation

• notwendig für
  • kristalle
  • transparente objekte
  • szenen im freien
• die meisten szenen sehen auch ohne plausibel aus
• kann mit der phasendifferenz der x,y komponenten beschrieben werden
• 2 energiebezogene größen notwendig
  • strahlungsintensität
  • dämpfung (einfluss von oberflächen, einfließend/filternd)

beschreibungsformen

• kohärenzmatrix (hermitische) und kohärenzmatrix modifier
• stokes vektoren und müller matrizen
  • 4 komponenten - 1.strahlungsintensität, rest koord/orientierung
  • 4x4 filter

Participating Media

licht wird gestreut und gedämpft (nebel, rauch, wolken)

schwierigkeiten

• kann an jeder stelle im medium passieren
• spektrale abhängigkeit der charakteristischen parameter

absorption

• energie wird reduziert (zb in hitze umgewandelt)

emission

• lichtreaktive partikel fügen energie hinzu (chemischer, thermaler vorgang)

scattering

out

• licht wird an teilchen gestreut
• hauptstrahl wie bei absorption

in

• licht aus anderen richtungen wird in richtung des hauptstrahls gestreut
• wie emission

phasenfunktion

• gibt die räumliche verteilung des gestreuten lichts an

isotropisch

• wie diffuse brdf

rayleigh

• kleine sphärische partikel

mie

• partikel in der größe der wellenlängen des lichts (aerosole)

henyey-greenstein

• annäherung von mie

transportgleichung

• gibt für einen punkt x die strahlung L(x) in eine richtung an
• ist die summe der gedämpften eingangsstrahlung ins medium und des strahlungsbeitrags im medium
• beschreibt die veränderung der strahlung

eingabedaten

• homogen
• inhomogen

lösungsmethoden

• speicherung gemessener daten
  • voxel, medizin, volume rendering
• numerische lösungen
  • analytische funktionen
    • dichtefunktionen, exponentialfunktionen
• lösen der gleichung
  • vereinfachungen
    • keine streuung (feuer)
    • einfachstreuung
      • meist unrealistisch (bei wolken - zu dunkel - fehlendes in-scattering)
      • berücksichtigt nur direkte einstrahlung
      • vorgehensweise
        • direkte beleuchtung berechnen
        • ray marching
        • an jedem punkt - strahl zur lichtquelle - check ob verdeckt
    • absorption/emission
      • raymarching für heterogene materialien
        • strahl wird in kleinere segmente geteilt um beitrag des mediums zu messen
        • schrittweite
          • zufällig
          • gleichmäßig mit zufälligem start
          • deterministisch (artefakte)
  • mehrfachstreuung
    • 2stufig
      • beleuchtungsberechnung (volume photon mapping)
      • visualisierung (transportgleichung, ray marching)

volume photon mapping

• photonen im volumen gespeichert

volume photon tracing

• photonen können
  • unverändert durchgehen
  • absorbiert oder gestreut werden
    • russisches roulette entscheidet, was passiert
• neue richtung bestimmt durch phasengleichung

direkte beleuchtung durch ray marching indirekt, durch schätzung im volumen

skydome luminance

• einfärbiger himmel sieht falsch aus
• HDR fischaugen environment maps sehr beliebt
• alternativ: analytische luminance modelle
  • CIE (einfärbig - abgestuft)
  • Perez (verbessertes CIE)
  • Preetham
    • basiert auf Perez
    • spektralfarben für jede sonnenerhebung
    • 5parameter
      • helligkeit des horizont
      • luminance gradient beim horizont
      • relative intensität der sonnenregion
      • weite der sonnenregion
      • relativ zurückgestreutes licht

wolken

• environment map
• simulation
  • probleme
    • form
    • lichtverhalten
• niedrige puffball wolken oft 3D modelle
• höhere eiswolken eher texturen
• plasma fraktale - überzeugend aber ineffizient
• zur beleuchtung
  • eigenschatten wichtig fürs aussehen
  • path tracing - viel zu langsam

Cameras

camera typen

perspective camera

• perspektivische projektion

pinhole (loch) camera

• simpel
• entfernungen und parallelität gehen verloren
• verkürzungen
• überall in der szene scharf -> nicht realistisch
• echte cameras brauchen blende und linse
• für rendering mit schärfentiefe müssen bessere konzepte verwendet werden

orthographic camera

• parallelprojektion
• relative entfernung und parallelität bleiben erhalten
• keine verkürzung
• view volume ist eine ausgerichtete box

fisheye camera

• linien, die nicht durch die bildmitte gehen, werden gebogen/verzeichnet

environment/spherical camera

• ray tracing von einem punkt in alle richtungen
• für environment lighting

blende

durchmesser der öffnung (darf nicht 0 sein - zumindest etwas licht muss auf den film treffen) größere blende bedeutet mehr licht, aber auch mehr unschärfe bei kleinerer blende wird das bild schärfer in einem größeren bereich belichtungszeit ändert sich dadurch

f-stops

• f-stop = brennweite / durchmesser(/blende(?))
• die belichtungszeit ist proportional zum quadrat der f-stops, daher wählt man gern sqrt(2) als schrittweite

linse

ohne linse, keine bildgenerierung möglich meistens reicht eine planare linse mit fixem brechungsindex

brennweite

• klein bei weitwinkel (zb 35mm)
• groß bei tele linsen (70-200mm)

bild wird invertiert es kann immer nur auf eine bestimmte entfernung fokusiert werden (schärfentiefe)

fehler echter linsen

• abweichungen, verzerrung, unschärfe
• farbabweichungen am rand (farbränder)
• fähigkeiten beschränkt durch beugung

zerstreuungskreis

entsteht auf dem film in bereichen außerhalb des schärfebereichs

methoden für schärfetiefeneffekt

zufällige samples im bereich der blende erzeugen und strahlen durch den augpunkt legen (path tracer)

stereo projection

2 beamer mit kreisförmig polarisiertem licht (bei einem links, beim andern rechts polarisiert) nachreflektierende leinwand sezene wird 2mal gerendert, um den augenabstand versetzt

techniken

offset

• view matrix wird verschoben
• projection matrix beleibt

toe-in

• view matrix verschoben und rotiert - beide zeigen auf einen punkt
• projection matrix beleibt
• sieht richtig aus, erzeugt aber ein unwohles gefühl

offaxis

• view matrizen werden verschoben
• asymmetrische projektion
• korrekt und weniger anstrengend (zum ansehen)

Tone Mapping

bilderzeugungs pipeline

• modellierung
• rendering
  • RGB, XYZ oder spektral
  • HDR für predictive rendering
• display

bildtypen

• relative (kontrast)werte
• absolute radiometrische werte

bildformate

herkömmliche

• meist RGB (TIFF, PNG, JPG)
  • TIFF
    • auch CIE Lab
    • 8 (normal) - 16 bit
    • helligkeit <= 1 -> geräteabhängig
  • keine physikalische bedeutung der werte

HDR farbraum

• werte haben physikalische bedeutung
• große bereiche (float)
• kompakte größe
• artefakte möglich bei kompression
• OpenEXR
  • HDR für die anforderungen der filmindustrie
  • open source
  • 16 und 32 bit float farben
  • 16: 10^9 range, 30 f-stops
  • verlustfreie komprimierung
  • beliebige information kann zu den bildern gespeichert werden
  • daten größer als display für filter

spektrale (+polarisation)

• N spektrale sample pro pixel
• float
• werte haben physikalische bedeutung
• keine information geht verloren
• riesige datein, kaum support

postprocessing

gamut mapping

• die farben in die display skala transferieren
• lokal
  • punkte außerhalb werden einzeln in die skala versetzt
  • glanzpunkte können verloren gehen
• global
  • die gesamte punktwolke wird so geschrumpft, dass sie in die skala passt
  • farbrelationen bleiben
  • bild wird entsättigt

tone mapping

• den helligkeitsbereich an ein bestimmtes gerät anpassen

global

• der gesamte helligkeitsbereich wird um einen faktor skaliert
• einfach und schnell
• oft ausreichend
• bei breiter HDR reichweite wird das ergebnis sehr dunkel
• linearer faktor
  • mean value mapping
    • mittelwert des histogramms wird auf 0.5 gemapt
    • werte außerhalb des intervalls werden abgeschnitten
  • interactive calibration
    • das gebiet und die reichweite (breite) des intervalls können interaktiv festgelegt werden
  • ward
    • kontrast-basierter skalierungsfaktor
    • recht gute ergebnisse
    • bild muss in absoluten einheiten gespeichert sein
• nicht linearer faktor
  • exponential mapping
    • entspricht der menschlichen wahrnehmung
    • reduziert den einfluss weniger sehr heller pixel
  • schlick
    • ähnlich der exponentialfunktion
    • gut bei hohem kontrast
    • kann völlig daneben gehn
  • tumblin und rushmeier
  • ferwerda (visual adaptation model)

lokal

• teile des bilds werden betrachtet
• kann künstlich aussehen
• die kern-größe bestimmt die schärfe des ergebnis

wahrnehmungsorientiert (perceptual)

• 2 stufen
  • bestimmen, was eine person in einer bestimmten szene sehen würde
  • reproduktion dieser wahrnehmung am display
• adaptionsmodell und die inverse davon werden zur berechnung verwendet
• ferwerda
  • parameter
    • schwellwert empfindlichkeit
    • farberscheinung
    • visuelle schärfe
    • hell/dunkel anpassung

farbwahrnehmung

• hirn erkennt trotz farbiger beleuchtung das aussehen von szenen und passt die farben an

colour correction

• es wird versucht die funktion des gehirns nachzustellen
• viele algorithmen - die meisten bildbasiert
• 2 stufen
  • erkennen der beleuchtungsfarbe
  • anwendung einer kompensationstransformation
• 1.schritt schwierig nur mit bilddaten
• idee: sammeln von informationen beim rendering
  • robust
  • 2 zusätzliche bilder werden erzeugt
    • alle direkt gesehenen oberflächen werden auf neutral gesetzt
    • die lichter werden auf neutral gesetzt auf allen direkt gesehenen objekten
  • algorithmus
    • 1-chroma bild aus bild mit neutraler beleuchtung (hell an stellen mit neutraler oberfläche)
    • multipliziert mit dem bild mit neutralen objekten
    • extraktion des dominanten farbtons
    • entfernung des farbtons aus dem originalbild

interaktives tonemapping

• walkthroughs
• spiele
• flugsimulatoren

Renderman

pixar renderman - komplexes software system

namen

• renderman sl
  • scene description language
• renderman interface
  • schnittstelle zwischen modellierung und rendering
• prman
  • renderman scanline renderer von pixar

shadowmaps für jede lichtquelle notwendig durch ray tracing und globale beleuchtung in neueren rman versionen nicht notwendig

deep shadowmaps

• beschreibt lichtabfall beim treffen auf ein medium

reflexionen

• müssen vorberechnet werden - reflection maps
• nicht mehr notwendig mit ray tracing on demand

prman

• stammt vom lucasfilm renderer ab
• indirekte und globale beleuchtung
• paralleles netzwerk rendering
• on demand ray tracing

ziele

• hohe mögliche model komplexität
• programmierbare shader
• minimales ray tracing - zb durch shadowmaps
• geschwindigkeit und qualität (anti aliasing...)

darstellung mit mikropolygonen

• die gesamte geometrie wird während dem renderin in mikropolygone geteilt

vorteile

• kann beliebig viele primitiven verarbeiten

nachteile

• kohärenzen werden nicht ausgenützt, alles wird zerteilt
• keinerlei globale beleuchtungs information wird berechnet

rm interface

beinhaltet

• mächtige oberflächenprimitiven
• hierarchische modellierung/geometrie
• CSG
• camera model
• generalisiertes shading model

shaders

shape vs shading

• shape: form, geometrie
• shading
  • berechnet das aussehen eines objekts
  • definiert durch materialeigenschaften & umwelt

shadertypen

• emission an der lichtquelle
• interaktion an der objektoberfläche
• atmosphärischer effekt zwischen objekt und auge

rm interface shader

light source shader

• bestimmt die farbe und intensität, die von der lichtquelle in eine bestimmte richtung geht
• zb: beamer

surface shader

• bestimmt die farbe, die von einer oberfläche in eine bestimmte richtung reflektiert wird
• zb: nemo - fish eingeweide scheinen durch die haut

volume shader / atmosphärischer shader

• die atmosphäre beeinflusst licht, das von einer oberfläche zum auge kommt
• zb: unterwassereffekt, explosion

displacement shader

• die geometrie vom objekt wird verändert
• korrekte silhouette

transformation shader

• transformiert ganze objekte

imager shader

• bereits berechnete farben werden in etwas anderes transformiert
• zb: cartoon shader

shader variablen typen

• float
• colour
• point
• string