Przegląd metod renderingu czasu rzeczywistego dla fotorealistycznych wizualizacji architektonicznych

Transkrypt

1 Przegląd metod renderingu czasu rzeczywistego dla fotorealistycznych wizualizacji architektonicznych prof. dr hab. Inż. Maria Pietruszka mgr inż. Anna Służewska Instytut Informatyki Politechniki Łódzkiej

2 Plan prezentacji Wstęp do wizualizacji wnętrz Podział wizualizacji z technicznego punktu widzenia Podział wizualizacji z punktu widzenia celu Metody renderingu czasu rzeczywistego w wizualizacjach architektonicznych

3 Wizualizacja wnętrz Jest formą graficznej komunikacji pomiędzy projektantem a odbiorcą, polegającą na przedstawieniu danych w sposób zrozumiały dla jak największej grupy widzów. Rzut parteru

4 Plan prezentacji Wstęp do wizualizacji wnętrz Podział wizualizacji z technicznego punktu widzenia Podział wizualizacji z punktu widzenia celu Metody renderingu czasu rzeczywistego w wizualizacjach architektonicznych

5 Podział wizualizacji z technicznego punktu widzenia Wizualizacja wnętrz Statyczna Dynamiczna Animacja Interaktywne zwiedzanie

6 Wizualizacja statyczna

7 Wizualizacja dynamiczna -> animacja

8 Wizualizacja dynamiczna -> interakcja

9 Wizualizacja dynamiczna -> interakcja Interaktywna wizualizacja zabytkowej architektury Dziekanat Wydziału FTIMS B. Czopek, Instytut Informatyki PŁ 2006 promotor: prof. dr hab. inż. Maria Pietruszka

10 Wizualizacja dynamiczna -> interakcja Interaktywna wizualizacja projektów architektonicznych D. Garstka, Instytut Informatyki PŁ 2006 promotor: prof. Lesław Miśkiewicz

11 Plan prezentacji Wstęp do wizualizacji wnętrz Podział wizualizacji z technicznego punktu widzenia Podział wizualizacji z punktu widzenia celu Metody renderingu czasu rzeczywistego w wizualizacjach architektonicznych

12 Podział wizualizacji z punktu widzenia celu komercyjno-projektowa stosowana w celu komunikacji między projektantem a klientem w trakcie realizacji projektu, dla celów analizy, np. doboru optymalnego oświetlenia, rewitalizacji, rekonstrukcji, Wnętrze rekonstruowanej synagogi Pod Białym Bocianem we Wrocławiu: fotografia i wizualizacja ( Archikon-Karst-Project)

13 Podział wizualizacji z punktu widzenia celu Interaktywna wizualizacja rewitalizowanego Budynku Trzech Wydziałów Politechniki Łódzkiej R. Piechocki, Instytut Informatyki PŁ 2002

14 Podział wizualizacji z punktu widzenia celu edukacyjna i popularyzatorska wirtualne wnętrza: galerie, pałace, świątynie Kompleks świątynny Phimai (Tajlandia) Wirtualne Muzeum Sztuki w Łodzi Instytut Informatyki PŁ 2002

15 Podział wizualizacji z punktu widzenia celu konkursowa na przetarg lub konkurs, M. Karpiak, Festiwal Lodz-Design 2007 Gus Capote, Preconstruct, Wielka Brytania, I miejsce w konkursie Architectural 3D AWARDS 2006 w kategorii ujęcia statycznego (

16 Podział wizualizacji z punktu widzenia celu filmy i gry komputerowe mogą ukazywać architekturę kiedyś istniejącą, taką która mogłaby zaistnieć i fantastyczną; ważna jest wizja twórcy filmu lub gry. Film Lustro, P. Byliński, Instytut Informatyki PŁ 2005

17 Podział wizualizacji z punktu widzenia celu wirtualne studia telewizyjne wirtualne dekoracje (wnętrza) zastępują rzeczywiste. Aktor w Blue-boxie Podgląd Materiał filmowy skluczowany z tłem wygenerowanym przez komputer

18 Plan prezentacji Wstęp do wizualizacji wnętrz Podział wizualizacji z technicznego punktu widzenia Podział wizualizacji z punktu widzenia celu Metody renderingu czasu rzeczywistego w wizualizacjach architektonicznych

19 Interaktywne zwiedzanie wnętrz Interaktywne zwiedzanie wymaga generowania nowych obrazów w czasie równoległym do zmian punktu widzenia - zmiany kierunku obserwacji lub zmiany położenia obserwatora. Dla interaktywnych wycieczek architektonicznych za minimum należy uznać rendering 20 obrazów/sekundę.

20 Technologie globalnego oświetlenia Lightscape 7h Autodesk VIZ 15 min. bez Globalnego Oświetlenia z Globalnym Oświetleniem

21 Poszukiwanie rozwiązań Rozwiązania szuka się w: renderingu bazującym na obrazach przechowujących właściwości wizualizowanej przestrzeni niestandardowym potoku renderingu dostępnym we współczesnych kartach graficznych z programowalnymi jednostkami Pixel Shader i Vertex Shader.

22 Charakterystyka powierzchni Materiały rozpraszające

23 Charakterystyka powierzchni Materiały zwierciadlane

24 Charakterystyka powierzchni Materiały błyszczące (polerowane)

25 Charakterystyka powierzchni Materiały przeźroczyste

26 Tekstury Tekstura to odwzorowanie barwy, chropowatości, jasności i innych właściwości powierzchni z uwzględnieniem punkt widzenia i zachowania perspektywy. Tekstura składa się z: zbioru danych opisujących cechy obiektu (np. map tekstury, wzorów matematycznych), metody odwzorowania (mapowania) tych danych na obiekt. Mapa tekstury Mapowanie płaskie Mapowanie sferyczne Mapowanie uvw

27 Oświetlenie Oświetlenie zapisujemy w: mapach światła (ang. light map) mapach tekstur przygotowanych na podstawie dokumentacji fotograficznej obrazach otoczenia rzeczywistego (mapa środowiska) w postaci map sześciennych lub map dwuwymiarowych (sferycznych)

28 Mapy fotograficzne StaveChurchinOslo MarciJarzyna

29 Wygląd powierzchni Tworząc wygląd powierzchni obiektu wykorzystujemy np. technikę bump mapping (mapa wybojów), normal mapping (mapy zwichrowanych normalnych), displacement mapping (mapowania przemieszczeń) Bump mapping Bump mapping Displacement mapping

30 Pixel i Vertex Shader Pixel Shader programowalna jednostka odpowiedzialna za wyliczanie koloru Vertex Shader jednostka odpowiedzialna za wyliczenie położenia wierzchołków wielokątów w przestrzeni Geometry Shader operuje na pojedynczym wierzchołku, linii bądź trójkącie (tzw. prymitywnych elementach); pozwala na modelowanie utworzonej już siatki w praktycznie dowolny sposób Unified shaders DirectX 10 - Shader Model 4.0

31 Pixel i Vertex Shader Pixel i Vertex Shader pojawiły się wraz z kartami: nvidia GForce3 ATI Radeon 8500 Języki wysokiego poziomu do tworzenia shaderów to: HLSL (Microsoft, język cieniowaniabiblioteki DirectX) Cg (nvidia) GLSL (rozszerzenie biblioteki OpenGL)

32 Demo Chameleon

33 Demo Human Head prezentuje realistyczne odwzorowanie twarzy aktora Douga Jonesa renderowanej w czasie rzeczywistym przedstawia nową formułę obliczania rozpraszania podpowierzchniowego; kolorowe tekstury o rozmiarach 4096 x 4096 zapewniają fotorealistyczną jakość szczegółów w pojedynczej klatce mamy 17 tekstur o łącznej wielkości ponad 40 milionów pikseli, z których każdy oświetlany jest za pomocą programów shaderowych. Oznacza to obróbkę ponad 1,2 miliarda pikseli w każdej sekundzie!

34 Demo Human Head

35 Demo World in Conflict

36 Demo Crysis

37 Demo BioShock

38 Artykuły 1. SIGGRAPH Advanced Real-Time Rendering in 3D Graphics and Games ; Christopher Oat, Pedro V. Sander, ATI Research Jason L. Mitchell, Valve Software Carsten wenzel, Crytek GmbH Alex Evans, Bluespoon 2. Unified shaders oraz DirectX 10 czyli Shader Model 4.0 autor: Tomasz Niechaj - Focus 3. SIGGRAPH Advanced Real-Time Rendering in 3D Graphics and Games ; Christopher Oat, AMD Graphics, 3D Application Research Group Jason L. Mitchell, Chris Green, Valve Software Johan Andersson, DICE Martin Mittring, Crytek GmbH Shanon Drone, Microsoft Corporation Nico Galoppo, University of North Carolina at Chapel Hill