Ing. Jan Buriánek VOŠ a SŠSE P9 Jan.Burianek@gmail.com Počítačová grafika a vizualizace II „Pokročilé metody osvětlení - Osvětlování pomocí HDRI“ Ing. Jan Buriánek VOŠ a SŠSE P9 Jan.Burianek@gmail.com

Obsah Cíl Modelování okolního světla HDR snímky a využití pro osvětlení Postup akvizice HDRI Postup převodu HDRI na mapu okolí Použití HDRI pro osvětlení scény

Materiály - shrnutí

Modelování okolního světla

Studie reflektivních materiálů Reflektivní a průsvitné materiály jsou závislé na odrazech okolní scény Plně nebo částečně odráží okolní scénu a světlo Nelze korektně zobrazovat jinak než metodou GI Problém: každé odražené světlo od zrcadlového nebo skleněného povrchu se může stát novým zdrojem světla

Studie reflektivních materiálů Reflektivní a průsvitné materiály jsou závislé na odrazech okolní scény Plně nebo částečně odráží okolní scénu a světlo Nelze korektně zobrazovat jinak než metodou GI Problém: každé odražené světlo od zrcadlového nebo skleněného povrchu se může stát novým zdrojem světla

Technologie mapování reflexí – Reflection mapping Základy podal ve své PhD. práci Jim Blinn již v 70.letech Poprvé použito pro vizualizaci družit v JPL, ale nejvýrazněji ve scifi filmech Terminator 2 a Abbys

Technologie mapování reflexí – Reflection mapping Základní princip: Nahradit lokální osvětlení reflexní mapou (texturou), která se stane zdrojem světla pro vybrané objekty nebo dokonce celou scénu. Modeluje se reflexe z každého bodu do okolí tvořící sférickou texturu. Výhody: Lze modelovat reflexe fotorealisticky pomocí naměřených map okolí. Získaná mapa okolí umožňuje fotorealistickou kompozici generované scény s pozadím. Lze ovlivňovat lokální osvětlení bez ohledu na světla ve scéně. Zdroje informací: http://www.pauldebevec.com/ReflectionMapping/miller.html www.debevec.org

Reflection mapping

Reflection mapping

Reflection mapping

Reflection mapping

Reflection mapping

Reflection mapping - příklady

Reflection mapping - následovníci Paul Debevec – www.debebec.org Navázal na práce Jima Blinna a Grega Warda Ukázal metody získání mapy okolí ve vysokém dynamickém rozsahu (HDR) Metody HDR osvětlení využil pro první VFX projekty: The Campanile Movie Fiat Lux, The Parthenon, Digital Emily Matrix, Spider Man …

Reflection mapping – příklady s využitím techniky HDRI a GI

HDRi (High dynamic range imaging)

HDR – snímky s vysokým dynamickým rozsahem Reálný svět obsahuje dynamický rozsah hodnot vnímatelného světla od 1 do 2 000 000 v každém barevném kanálu (případně energii spektra). Standardní systém záznamu a zobrazení zvládne pouze 8-bit na kanál, tj. 0-255 hodnot. To není dostatečné. Pokud chceme získat mapu okolí obsahující i světelné zdroje, je třeba mít schopnost záznamu ve vysokém dynamickém rozsahu (16 a více bit na kanál). HDR technologie poskytuje potřebný aparát.

Reálný dynamický rozsah (Dynamic Range) The real world is High dynamic range 1 1500 25,000 400,000 2,000,000,000

Mapování dynamického rozsahu při pořizování fotografií Dlouhá expozice (Long Exposure) 10-6 High dynamic range 106 Real world 10-6 106 Picture 0 to 255

Mapování dynamického rozsahu při pořizování fotografií Krátká expozice (Short Exposure) 10-6 High dynamic range 106 Real world 10-6 106 Picture 0 to 255

HDR technologie Fotoaparát není „fotometr“, ale lze využít pro postupné snímání dynamických rozsahů Princip HDR snímání: Získat několik překrývajících se dynamických rozsahů pomocí digitálního fotoaparátu snímajícího stejnou scénu Spojit na počítači jednotlivé rozsahy v jeden velký – HDR Využít aparátu výpočetní fotografie (Computational Photography) Uložit výsledek ve speciálním formátu s 16-ti a více bity na kanál (HDR, TIFF-HDR, OpenEXR)

Akvizice HDR pomocí variace expozice

Vybrané nástroje pro HDRI HDR Shop (verze 1 je zdarma) www.debevec.org, www.hdrshop.com Picturenaut http://www.hdrlabs.com/picturenaut/ Donationware Photomatix Greg Ward company http://www.hdrsoft.com/ Adobe PhotoShop (od CS3)

Cíl cvičení – akvizice HDR osvětlení a jeho použití Paul Debevec, „Rendering Synthetic Objects into Real Scenes: Bridging Traditional and Image-based Graphics with Global Illumination and High Dynamic Range Photography“ SIGGRAPH 1998

Nutné pomůcky pro HDR akvizici Fotoaparát s manuálním nastavením (M) Stativ Ideálně dálková spoušť fotoaparátu Zrcadlová koule Instalované programy (HDRShop, Picturenaut)

Postup získání HDR obrázku okolí - fotografování Umístit fotoaparát na stativ Vodorovně umístit zrcadlovou kouli (střed koule by měl být uprostřed záběru) Zvětšit záběr tak, aby obsahoval celou kouli (stačí 50mm ohnisko) Nastavit aperturu dle světlostí scény Přepnout na manuální režim Nastavit optimální čas (i měřením) Sejmout iniciální obrázek Nastavit čas expozice o 2 až 3 řády pod ideální expozici Pořídit snímek, přenastavit vyšší expozici a pokračovat až přes 3 řády přes ideální expozici (pozor, snímat ideální pomocí dálkové spouště, bez pohybu fotoaparátem) Nebojte se přepálených nebo podexponovaných snímků Alternativně lze použít i interní Bracketing systém (+-EV)

Postup získání HDR obrázku okolí – převod na HDR Nainstalovat HDRShop a Picturenaut Spustit Picturenaut Vyvolat generátor HDRI přes File->Generate HDRI… Načíst snímky – je vhodné použít správné pořadí snímků dle rostoucí expozice Zkonstrolovat v tabulce detekované expozice a stisknout OK

Postup získání HDR obrázku okolí – převod na HDR (1/2) Po uplynutí doby výpočtu (při překročení velikosti paměti předem snímky zmenšete, ale POZOR editor nesmí měnit EXIF informací v snímcích!) zkontrolujte výsledek pomocí jezdce „EV“ pod obrázkem Obrázek v maximálních EV bude bílý a v nejmenším EV černý Uložte obrázek pomocí File->Save As, použijte formát Radiance RGBE s příponou *.HDR Ukončit Picturenaut Zkonstrolovat v tabulce detekované expozice a stisknout OK

Postup získání HDR obrázku okolí – převod HDR na mapu okolí (2/2) Spustit HDRShop Otevřít HDR obrázek vytvoření v předešlých krocích Přes klávesy + a – lze zkontrolovat HDR rozsah Myší pečlivě vybrat kompletní obrázek sféry (čtvercová oblast) Pomocí Image->Crop oříznout obraz na čtverec se sférou uprostřed Vyvolat menu Image->Panorama->Panorama Transformations…

Postup získání HDR obrázku okolí – převod HDR na mapu okolí (2/2) V nastavení transformací nastavit: Source Format Mirrored Ball, Destination Image Lattitude/Longitude Stisknout OK, dojde k převodu na sférický snímek Lattitude/Longitude (2:1, 360x180 stupňů) Výsledek uložit jako soubor s příponou *.HDR (Radiance formát) HDR mapa je tak připravena k použití v programech typu Blender 3D

Postup použití mapy okolí jako osvětlení scény (1/2) Spustit Blender 3D (verze 2.6+) Vytvořit jednoduchou scénu obsahující kouli, podložku, kameru Vymazat všechny světla ve scéně V záložce World přepnout přepínače „Real Sky“, Environment Lighting a Raytrace Environment Lighting lze nyní vyzkoušet s okolní energií White… (F12 render) Nastavit Environment Lighting na Sky Texture

Postup použití mapy okolí jako osvětlení scény (2/2) Vybrat kameru (aktivní) Přepnout na texturu „kamery“ Vytvořit novou texturu (NEW) Vybrat Type Image or Movie Přes Image Open otevřit HDR mapu (připravený obrázek mapy okolí s příponout *.HDR) Nastavit Influence Horizon (zaškrtnout) Mapping nastavit na Equirectangular Nastavit kulové ploše materiál s Mirror a nenulovou reflektivitu… (doporučení) Spustit rendering (F12)

Děkuji … Dotazy