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Sombras y Reflexión
Ernesto Coto
Laboratorio de Computación GraficaUniversidad Central de Venezuela
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 2
Contenido
• Introducción• Sombras
• Sombras Falsas• Sombras Planares• Texturas de Sombra• Mapas de Luz• Z-Buffer de Sombras• Volúmenes de Sombra
• Reflexiones• Reflexión Planar• Reflexión Planar utilizando Aplicación de Texturas
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 3
Conocimientos Previos
• Iluminación
• Reflexión
• Mapeo de texturas
• Despliegue de objetos 3D
• Z-Buffering
• Proyecciones
• Blending
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 4
Introducción
• Generar una escena usando modelos de iluminación local no la hace lucir real
• Utilizar modelos de iluminación global puede ser muy costoso
• Agregar simulaciones de fenómenos naturales puede hacer que una imagen luzca más real
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 5
Introducción
• Agregar sombras y reflexiones a la escena es una buena alternativa
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Sombras
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 7
Sombras
• Las sombras indican la posición relativa del objeto
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 8
Sombras
• Sombras Duras y Suaves
Umbra UmbraPenumbra Penumbra
Fuente en formade punto
Fuente en formade área
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 9
Sombras
• Sombras Duras y Suaves
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 10
Sombras
• Los algoritmos de sombras determinan que objetos son alcanzables por la luz
• Para escenas donde la luz esta fija, las sombras pueden precalcularse
• El costo viene cuando las luces se mueven
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 11
Sombras
• Sombras Falsas• Dibujar en el plano un polígono que se
asemeje a la silueta del objeto
x
y
z
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 12
Sombras
• Sombras Planares• Proyectar modelo 3D en un plano base
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 13
Sombras
• Sombras Planares• No es necesario determinar que partes del
objeto son alcanzadas por la luz• Soporta luces direccionales o de foco• Produce sombras duras
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 14
Sombras
• Sombras Planares• Solo puede aplicarse a planos• Pilas de polígonos crean efecto de Z-fighting• El plano de proyección de la sombra es finito
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 15
Sombras
• Texturas de sombra• Para cada objeto sombreado, proyectar los
polígonos que ocluyan la luz en el plano de sombra del polígono
• Usar “additive blending” para acumular todas las contribuciones
• Copie el resultado en una textura• Dibuje el polígono en la escena final con la
textura de sombra
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 16
Sombras
• Texturas de sombra• La textura cambia si la luz cambia
Textura de Sombra Imagen Final
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 17
Sombras
• Mapas de Luz• Es una textura de sombra estática• Consiste en añadir una segunda textura a
las caras existentes en una escena 3D
TexturaOriginal
Mapa de Luz Textura +
Mapa de Luz
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 18
Sombras
• Mapas de Luz• Las texturas suelen calcularse usando una
técnica basada en iluminación global
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 19
Sombras
• Z-Buffer de sombras• También llamado Mapa de Sombra• La escena se despliega vista desde la luz y la
información de profundidad se almacena en el Z-Buffer de sombras
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 20
Sombras
• Z-Buffer de sombras• Despliegue la escena desde el ojo• Transforme todo píxel (visible) al espacio de
coordenadas de la luz• Compare valores de profundidad
• Si es idéntico, el píxel esta iluminado• De lo contrario es una sombra
• Calcule un Mapa de Sombras para cada luz
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 21
Sombras
• Z-Buffer de sombras
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 22
Sombras
• Z-Buffer de sombras• Puede simular sombras en cualquier escena
en la que pueda utilizarse Z-buffering• Requiere un Z-buffer separado para cada luz• Para N luces, cada polígono se despliega
N+1 veces
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 23
Sombras
• Volúmenes de Sombra• Un volumen de sombra es el volumen invisible
originado por la sombra de un objeto
Luz
PolígonoVolumen
de Sombra
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 24
Sombras
• Volúmenes de Sombra• Para cada polígono, calcule su volumen de sombra
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 25
Sombras
• Volúmenes de Sombra• Para cada punto visible
• Para cada volumen de sombra• Si el punto esta dentro de un volumen, está en una sombra
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 26
Sombras
• Volúmenes de Sombra
+1
+1
+1
+1
+1
-1
-1
-1
C
B
A
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 27
Sombras
• Volúmenes de Sombra• El cálculo de las siluetas es costoso• El despliegue de los polígonos es mas costoso• Proporciona sombras precisas• Soporta múltiples fuentes de luz
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ReflexiónVisual
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 29
Reflexiones
• Aumenta el realismo de la escena• El trazado de rayos maneja reflexiones pero
a un alto costo computacional• Veremos técnicas sencillas para generar
reflexiones
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 30
Reflexiones
• Reflexiones Planares• Basados en la Ley de Reflexión: “El ángulo de
entrada es igual al de salida”• Redibujar el objeto invertido con la superficie
reflectora como plano de referencia
Objeto
Reflejo
Plano (Espejo)
Z
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 31
Reflexiones
• Reflexiones Planares
Problema !!!
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 32
Reflexiones
• Reflexiones Planares
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 33
Reflexiones
• Reflexiones Planares• Lo que se hizo fue reflejar el mundo sobre el espejo• Pero también es posible reflejar el punto de vista
sobre el espejo, para obtener lo que se ve en el espejo
Objeto
Reflejo
Plano(Espejo)
Ojo
Ojo reflejado
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 34
Reflexiones
• Reflexiones Planares• Cambie la posición y dirección de la cámara en el
plano, luego despliegue
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 35
Reflexiones
• Reflexiones Planares usando Mapeo de Texturas• Similar al anterior• Despliegue la escena• Copie la imagen a una textura• Mapear la textura en el
polígono reflector
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 36
Reflexiones
• Reflexiones Planares usando Mapeo de Texturas
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 37
Resumen
• Motivación
• Concepto de Algoritmo de Sombras
• Tipos de Sombras
• Técnicas de generación de sombras
• Reflexiones planares
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Ernesto Coto - Sombras y Reflexión 38
Bibliografía
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• Bilodeau, Bill; Songy, Mike. Real Time Shadows. Creativity '99, Creative Labs Inc. sponsored game developer conferences, Los Angeles, California, and Surrey, Inglaterra. Mayo, 1999.
• Moller, Tomas ; Haines, Eric. Real-Time Rendering. A.K. Peters, Ltd. 1999.
• Woo, Andew ; Poulin, Pierre ; Fournier, Alain. A Survey of Shadow Algorithms. IEEE Computer Graphics and Applications, vol. 10, num. 6, Noviembre, 1990.
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Preguntas