ILUMINACION GLOBAL

Los algoritmos para Iluminacioacuten y sombra podriacutean dividirse en 2 categoriacuteas

Iluminacioacuten Directa e Iluminacioacuten Global

Para esta exposicioacuten se hablaraacute de la segunda categoriacutea

Repasando conceptos

EmitidaEs la maacutes sencilla se origina del objeto y no es afectada por ninguna fuente de luz

Ambiental Es una componente de luz que se ha dispersado de tal manera en el ambiente que su direccioacuten no puede ser determinada pareciera que viene de todas las direcciones Cuando luz ambiental llega a una superficie se dispersa en todas direcciones

DifusaProviene de una direccioacuten es maacutes brillante si viene en aacutengulo recto hacia abajo en una superficie Una vez que toca la superficie se dispersa equitativamente en todas las direcciones asi que parece ser igualmete brillante sin importar doacutende esteacute el ojo ubicado

EspecularProviene de una direccioacuten en particular y tiende a rebotar de la superficie en una direccioacuten preferida Se podriacutea pensar como ldquobrillordquo los metales o plaacutesticos tiene una componente alta especular mientras que la tiza o una alfombra casi ninguna

Luz Ambiental Tomado de httpmentalraytipsblogspotcom200811joy-of-little-ambiencehtml

Especular Tomado dehttphabibswordpresscomwater-mathematics

RecordandoVector L apunta hacia la fuente de luz V hacia el observador N es el vector normal de la superficie R es la direccioacuten de la reflexioacuten y H halves el aacutengulo entre L y V

Difusa Tomado de httpwwwdirectxtutorialcomTutorial9B-Direct3DBasicsdx9B3aspx

Iluminacioacuten Global

bull Trata de emular el comportamiento natural de la luz usando un conjunto de algoritmos

bull Cuando los rayos de luz chocan con alguacuten objeto fiacutesico pueden pasar dos cosas

ndash El rayo da un rebote ndash El rayo es absorbido

bull Cada objeto al recibir luz emite un poco de eacutesta hacia su alrededor lo cual produce

ndash Sombrasndash Reflexioacuten de un objeto en los otrosndash Transparencias

bull Utiliza como paraacutemetros de entradandash las caracteriacutesticas fiacutesicas de los materiales de los objetosndash las luces presentes en la escenandash los mecanismos de interaccioacuten entre objetos

Iluminacioacuten Global

bullLos meacutetodos de iluminacioacuten global tratan de superar los problemas asociados con Ray Tracing

bullRay Tracer trata de simular la reflexioacuten de la luz una sola vez para cada superficie difusa

bullUn 0bjeto en una escena puede ser iluminado por sus alrededores con iluminacioacuten global

bullLas imaacutegenes resultantes son muy reales PERO es muy lento

bullCon ray tracing las imaacutegenes no parecen muy reales son demasiado ldquoperfectasrdquo (especular)

Meacutetodo Radiosity

El teacutermino radiosity se refiere a una medida de energiacutea radiante en particular la energiacutea que deja una superficie por unidad de tiempo Con el tiempo radiosity ha venido tambieacuten a significar un conjunto de teacutecnicas computacionales para calcular por medio de las computadoras la iluminacioacuten global de un ambiente

El meacutetodo radiosity emerge recientemente en el desarrollo de la sintetizacioacuten de imaacutegenes Este meacutetodo representa el desarrollo de varias tendencias el desarrollo de modelos basados en propiedades fiacutesicas el uso de meacutetodos computacionales maacutes rigurosos la continua tensioacuten entre la interactividad y el realismo computacional

Toda la energiacutea emitida o reflejada por cada superficie es tomada en cuenta por la reflexioacuten o absorcioacuten en las otras superficies

Los primeros modelos de radiosidad que fueron implementados son los de Goral Torrance Greenberg Battaile Nishita y Nakamae En ellos se asume la conservacioacuten de la energiacutea en un entorno cerrado La luz que abandona una superficie (su radiosidad) se descompone por una parte en la luz emitida por ella misma y por otra en la reflejada o transmitida proveniente de otras superficies (la luz incidente)

Meacutetodo Monte Carlo (MC)

bullEs el meacutetodo de radiosidad maacutes sencillo de entender y el que es maacutes acertado pero es el meacutetodo maacutes lento para calcular radiosity Dispara rayos ejemplo por cada pixel en la escena

bullFiacutesicamente es el maacutes acertado maneja apropiadamente la transparencia al mantener el aacutengulo y el color de los rayos

bullEs usado por muchos paquetes de ingenieriacutea para calcular luz asiacute como fluidos termodinaacutemica etc

bullPuede ser considerado como un meacutetodo de fuerza bruta por algunos

bullSiempre seraacute correcto pero depende de las configuraciones definidas pues en ciertos casos puede ser muy granulado el resultado

bullUsa poca memoria para operar y no depende o interactuacutea con otros asiacute que puede ser mucho maacutes raacutepido que otros meacutetodos si los requerimientos de memoria para esos meacutetodos es alta

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Los algoritmos para Iluminacioacuten y sombra podriacutean dividirse en 2 categoriacuteas

Iluminacioacuten Directa e Iluminacioacuten Global

Para esta exposicioacuten se hablaraacute de la segunda categoriacutea

Repasando conceptos

EmitidaEs la maacutes sencilla se origina del objeto y no es afectada por ninguna fuente de luz

Ambiental Es una componente de luz que se ha dispersado de tal manera en el ambiente que su direccioacuten no puede ser determinada pareciera que viene de todas las direcciones Cuando luz ambiental llega a una superficie se dispersa en todas direcciones

DifusaProviene de una direccioacuten es maacutes brillante si viene en aacutengulo recto hacia abajo en una superficie Una vez que toca la superficie se dispersa equitativamente en todas las direcciones asi que parece ser igualmete brillante sin importar doacutende esteacute el ojo ubicado

EspecularProviene de una direccioacuten en particular y tiende a rebotar de la superficie en una direccioacuten preferida Se podriacutea pensar como ldquobrillordquo los metales o plaacutesticos tiene una componente alta especular mientras que la tiza o una alfombra casi ninguna

Luz Ambiental Tomado de httpmentalraytipsblogspotcom200811joy-of-little-ambiencehtml

Especular Tomado dehttphabibswordpresscomwater-mathematics

RecordandoVector L apunta hacia la fuente de luz V hacia el observador N es el vector normal de la superficie R es la direccioacuten de la reflexioacuten y H halves el aacutengulo entre L y V

Difusa Tomado de httpwwwdirectxtutorialcomTutorial9B-Direct3DBasicsdx9B3aspx

Iluminacioacuten Global

bull Trata de emular el comportamiento natural de la luz usando un conjunto de algoritmos

bull Cuando los rayos de luz chocan con alguacuten objeto fiacutesico pueden pasar dos cosas

ndash El rayo da un rebote ndash El rayo es absorbido

bull Cada objeto al recibir luz emite un poco de eacutesta hacia su alrededor lo cual produce

ndash Sombrasndash Reflexioacuten de un objeto en los otrosndash Transparencias

bull Utiliza como paraacutemetros de entradandash las caracteriacutesticas fiacutesicas de los materiales de los objetosndash las luces presentes en la escenandash los mecanismos de interaccioacuten entre objetos

Iluminacioacuten Global

bullLos meacutetodos de iluminacioacuten global tratan de superar los problemas asociados con Ray Tracing

bullRay Tracer trata de simular la reflexioacuten de la luz una sola vez para cada superficie difusa

bullUn 0bjeto en una escena puede ser iluminado por sus alrededores con iluminacioacuten global

bullLas imaacutegenes resultantes son muy reales PERO es muy lento

bullCon ray tracing las imaacutegenes no parecen muy reales son demasiado ldquoperfectasrdquo (especular)

Meacutetodo Radiosity

El teacutermino radiosity se refiere a una medida de energiacutea radiante en particular la energiacutea que deja una superficie por unidad de tiempo Con el tiempo radiosity ha venido tambieacuten a significar un conjunto de teacutecnicas computacionales para calcular por medio de las computadoras la iluminacioacuten global de un ambiente

El meacutetodo radiosity emerge recientemente en el desarrollo de la sintetizacioacuten de imaacutegenes Este meacutetodo representa el desarrollo de varias tendencias el desarrollo de modelos basados en propiedades fiacutesicas el uso de meacutetodos computacionales maacutes rigurosos la continua tensioacuten entre la interactividad y el realismo computacional

Toda la energiacutea emitida o reflejada por cada superficie es tomada en cuenta por la reflexioacuten o absorcioacuten en las otras superficies

Los primeros modelos de radiosidad que fueron implementados son los de Goral Torrance Greenberg Battaile Nishita y Nakamae En ellos se asume la conservacioacuten de la energiacutea en un entorno cerrado La luz que abandona una superficie (su radiosidad) se descompone por una parte en la luz emitida por ella misma y por otra en la reflejada o transmitida proveniente de otras superficies (la luz incidente)

Meacutetodo Monte Carlo (MC)

bullEs el meacutetodo de radiosidad maacutes sencillo de entender y el que es maacutes acertado pero es el meacutetodo maacutes lento para calcular radiosity Dispara rayos ejemplo por cada pixel en la escena

bullFiacutesicamente es el maacutes acertado maneja apropiadamente la transparencia al mantener el aacutengulo y el color de los rayos

bullEs usado por muchos paquetes de ingenieriacutea para calcular luz asiacute como fluidos termodinaacutemica etc

bullPuede ser considerado como un meacutetodo de fuerza bruta por algunos

bullSiempre seraacute correcto pero depende de las configuraciones definidas pues en ciertos casos puede ser muy granulado el resultado

bullUsa poca memoria para operar y no depende o interactuacutea con otros asiacute que puede ser mucho maacutes raacutepido que otros meacutetodos si los requerimientos de memoria para esos meacutetodos es alta

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Repasando conceptos

EmitidaEs la maacutes sencilla se origina del objeto y no es afectada por ninguna fuente de luz

Ambiental Es una componente de luz que se ha dispersado de tal manera en el ambiente que su direccioacuten no puede ser determinada pareciera que viene de todas las direcciones Cuando luz ambiental llega a una superficie se dispersa en todas direcciones

DifusaProviene de una direccioacuten es maacutes brillante si viene en aacutengulo recto hacia abajo en una superficie Una vez que toca la superficie se dispersa equitativamente en todas las direcciones asi que parece ser igualmete brillante sin importar doacutende esteacute el ojo ubicado

EspecularProviene de una direccioacuten en particular y tiende a rebotar de la superficie en una direccioacuten preferida Se podriacutea pensar como ldquobrillordquo los metales o plaacutesticos tiene una componente alta especular mientras que la tiza o una alfombra casi ninguna

Luz Ambiental Tomado de httpmentalraytipsblogspotcom200811joy-of-little-ambiencehtml

Especular Tomado dehttphabibswordpresscomwater-mathematics

RecordandoVector L apunta hacia la fuente de luz V hacia el observador N es el vector normal de la superficie R es la direccioacuten de la reflexioacuten y H halves el aacutengulo entre L y V

Difusa Tomado de httpwwwdirectxtutorialcomTutorial9B-Direct3DBasicsdx9B3aspx

Iluminacioacuten Global

bull Trata de emular el comportamiento natural de la luz usando un conjunto de algoritmos

bull Cuando los rayos de luz chocan con alguacuten objeto fiacutesico pueden pasar dos cosas

ndash El rayo da un rebote ndash El rayo es absorbido

bull Cada objeto al recibir luz emite un poco de eacutesta hacia su alrededor lo cual produce

ndash Sombrasndash Reflexioacuten de un objeto en los otrosndash Transparencias

bull Utiliza como paraacutemetros de entradandash las caracteriacutesticas fiacutesicas de los materiales de los objetosndash las luces presentes en la escenandash los mecanismos de interaccioacuten entre objetos

Iluminacioacuten Global

bullLos meacutetodos de iluminacioacuten global tratan de superar los problemas asociados con Ray Tracing

bullRay Tracer trata de simular la reflexioacuten de la luz una sola vez para cada superficie difusa

bullUn 0bjeto en una escena puede ser iluminado por sus alrededores con iluminacioacuten global

bullLas imaacutegenes resultantes son muy reales PERO es muy lento

bullCon ray tracing las imaacutegenes no parecen muy reales son demasiado ldquoperfectasrdquo (especular)

Meacutetodo Radiosity

El teacutermino radiosity se refiere a una medida de energiacutea radiante en particular la energiacutea que deja una superficie por unidad de tiempo Con el tiempo radiosity ha venido tambieacuten a significar un conjunto de teacutecnicas computacionales para calcular por medio de las computadoras la iluminacioacuten global de un ambiente

El meacutetodo radiosity emerge recientemente en el desarrollo de la sintetizacioacuten de imaacutegenes Este meacutetodo representa el desarrollo de varias tendencias el desarrollo de modelos basados en propiedades fiacutesicas el uso de meacutetodos computacionales maacutes rigurosos la continua tensioacuten entre la interactividad y el realismo computacional

Toda la energiacutea emitida o reflejada por cada superficie es tomada en cuenta por la reflexioacuten o absorcioacuten en las otras superficies

Los primeros modelos de radiosidad que fueron implementados son los de Goral Torrance Greenberg Battaile Nishita y Nakamae En ellos se asume la conservacioacuten de la energiacutea en un entorno cerrado La luz que abandona una superficie (su radiosidad) se descompone por una parte en la luz emitida por ella misma y por otra en la reflejada o transmitida proveniente de otras superficies (la luz incidente)

Meacutetodo Monte Carlo (MC)

bullEs el meacutetodo de radiosidad maacutes sencillo de entender y el que es maacutes acertado pero es el meacutetodo maacutes lento para calcular radiosity Dispara rayos ejemplo por cada pixel en la escena

bullFiacutesicamente es el maacutes acertado maneja apropiadamente la transparencia al mantener el aacutengulo y el color de los rayos

bullEs usado por muchos paquetes de ingenieriacutea para calcular luz asiacute como fluidos termodinaacutemica etc

bullPuede ser considerado como un meacutetodo de fuerza bruta por algunos

bullSiempre seraacute correcto pero depende de las configuraciones definidas pues en ciertos casos puede ser muy granulado el resultado

bullUsa poca memoria para operar y no depende o interactuacutea con otros asiacute que puede ser mucho maacutes raacutepido que otros meacutetodos si los requerimientos de memoria para esos meacutetodos es alta

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

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Luz Ambiental Tomado de httpmentalraytipsblogspotcom200811joy-of-little-ambiencehtml

Especular Tomado dehttphabibswordpresscomwater-mathematics

RecordandoVector L apunta hacia la fuente de luz V hacia el observador N es el vector normal de la superficie R es la direccioacuten de la reflexioacuten y H halves el aacutengulo entre L y V

Difusa Tomado de httpwwwdirectxtutorialcomTutorial9B-Direct3DBasicsdx9B3aspx

Iluminacioacuten Global

bull Trata de emular el comportamiento natural de la luz usando un conjunto de algoritmos

bull Cuando los rayos de luz chocan con alguacuten objeto fiacutesico pueden pasar dos cosas

ndash El rayo da un rebote ndash El rayo es absorbido

bull Cada objeto al recibir luz emite un poco de eacutesta hacia su alrededor lo cual produce

ndash Sombrasndash Reflexioacuten de un objeto en los otrosndash Transparencias

bull Utiliza como paraacutemetros de entradandash las caracteriacutesticas fiacutesicas de los materiales de los objetosndash las luces presentes en la escenandash los mecanismos de interaccioacuten entre objetos

Iluminacioacuten Global

bullLos meacutetodos de iluminacioacuten global tratan de superar los problemas asociados con Ray Tracing

bullRay Tracer trata de simular la reflexioacuten de la luz una sola vez para cada superficie difusa

bullUn 0bjeto en una escena puede ser iluminado por sus alrededores con iluminacioacuten global

bullLas imaacutegenes resultantes son muy reales PERO es muy lento

bullCon ray tracing las imaacutegenes no parecen muy reales son demasiado ldquoperfectasrdquo (especular)

Meacutetodo Radiosity

El teacutermino radiosity se refiere a una medida de energiacutea radiante en particular la energiacutea que deja una superficie por unidad de tiempo Con el tiempo radiosity ha venido tambieacuten a significar un conjunto de teacutecnicas computacionales para calcular por medio de las computadoras la iluminacioacuten global de un ambiente

El meacutetodo radiosity emerge recientemente en el desarrollo de la sintetizacioacuten de imaacutegenes Este meacutetodo representa el desarrollo de varias tendencias el desarrollo de modelos basados en propiedades fiacutesicas el uso de meacutetodos computacionales maacutes rigurosos la continua tensioacuten entre la interactividad y el realismo computacional

Toda la energiacutea emitida o reflejada por cada superficie es tomada en cuenta por la reflexioacuten o absorcioacuten en las otras superficies

Los primeros modelos de radiosidad que fueron implementados son los de Goral Torrance Greenberg Battaile Nishita y Nakamae En ellos se asume la conservacioacuten de la energiacutea en un entorno cerrado La luz que abandona una superficie (su radiosidad) se descompone por una parte en la luz emitida por ella misma y por otra en la reflejada o transmitida proveniente de otras superficies (la luz incidente)

Meacutetodo Monte Carlo (MC)

bullEs el meacutetodo de radiosidad maacutes sencillo de entender y el que es maacutes acertado pero es el meacutetodo maacutes lento para calcular radiosity Dispara rayos ejemplo por cada pixel en la escena

bullFiacutesicamente es el maacutes acertado maneja apropiadamente la transparencia al mantener el aacutengulo y el color de los rayos

bullEs usado por muchos paquetes de ingenieriacutea para calcular luz asiacute como fluidos termodinaacutemica etc

bullPuede ser considerado como un meacutetodo de fuerza bruta por algunos

bullSiempre seraacute correcto pero depende de las configuraciones definidas pues en ciertos casos puede ser muy granulado el resultado

bullUsa poca memoria para operar y no depende o interactuacutea con otros asiacute que puede ser mucho maacutes raacutepido que otros meacutetodos si los requerimientos de memoria para esos meacutetodos es alta

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Especular Tomado dehttphabibswordpresscomwater-mathematics

RecordandoVector L apunta hacia la fuente de luz V hacia el observador N es el vector normal de la superficie R es la direccioacuten de la reflexioacuten y H halves el aacutengulo entre L y V

Difusa Tomado de httpwwwdirectxtutorialcomTutorial9B-Direct3DBasicsdx9B3aspx

Iluminacioacuten Global

bull Trata de emular el comportamiento natural de la luz usando un conjunto de algoritmos

bull Cuando los rayos de luz chocan con alguacuten objeto fiacutesico pueden pasar dos cosas

ndash El rayo da un rebote ndash El rayo es absorbido

bull Cada objeto al recibir luz emite un poco de eacutesta hacia su alrededor lo cual produce

ndash Sombrasndash Reflexioacuten de un objeto en los otrosndash Transparencias

bull Utiliza como paraacutemetros de entradandash las caracteriacutesticas fiacutesicas de los materiales de los objetosndash las luces presentes en la escenandash los mecanismos de interaccioacuten entre objetos

Iluminacioacuten Global

bullLos meacutetodos de iluminacioacuten global tratan de superar los problemas asociados con Ray Tracing

bullRay Tracer trata de simular la reflexioacuten de la luz una sola vez para cada superficie difusa

bullUn 0bjeto en una escena puede ser iluminado por sus alrededores con iluminacioacuten global

bullLas imaacutegenes resultantes son muy reales PERO es muy lento

bullCon ray tracing las imaacutegenes no parecen muy reales son demasiado ldquoperfectasrdquo (especular)

Meacutetodo Radiosity

El teacutermino radiosity se refiere a una medida de energiacutea radiante en particular la energiacutea que deja una superficie por unidad de tiempo Con el tiempo radiosity ha venido tambieacuten a significar un conjunto de teacutecnicas computacionales para calcular por medio de las computadoras la iluminacioacuten global de un ambiente

El meacutetodo radiosity emerge recientemente en el desarrollo de la sintetizacioacuten de imaacutegenes Este meacutetodo representa el desarrollo de varias tendencias el desarrollo de modelos basados en propiedades fiacutesicas el uso de meacutetodos computacionales maacutes rigurosos la continua tensioacuten entre la interactividad y el realismo computacional

Toda la energiacutea emitida o reflejada por cada superficie es tomada en cuenta por la reflexioacuten o absorcioacuten en las otras superficies

Los primeros modelos de radiosidad que fueron implementados son los de Goral Torrance Greenberg Battaile Nishita y Nakamae En ellos se asume la conservacioacuten de la energiacutea en un entorno cerrado La luz que abandona una superficie (su radiosidad) se descompone por una parte en la luz emitida por ella misma y por otra en la reflejada o transmitida proveniente de otras superficies (la luz incidente)

Meacutetodo Monte Carlo (MC)

bullEs el meacutetodo de radiosidad maacutes sencillo de entender y el que es maacutes acertado pero es el meacutetodo maacutes lento para calcular radiosity Dispara rayos ejemplo por cada pixel en la escena

bullFiacutesicamente es el maacutes acertado maneja apropiadamente la transparencia al mantener el aacutengulo y el color de los rayos

bullEs usado por muchos paquetes de ingenieriacutea para calcular luz asiacute como fluidos termodinaacutemica etc

bullPuede ser considerado como un meacutetodo de fuerza bruta por algunos

bullSiempre seraacute correcto pero depende de las configuraciones definidas pues en ciertos casos puede ser muy granulado el resultado

bullUsa poca memoria para operar y no depende o interactuacutea con otros asiacute que puede ser mucho maacutes raacutepido que otros meacutetodos si los requerimientos de memoria para esos meacutetodos es alta

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

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Difusa Tomado de httpwwwdirectxtutorialcomTutorial9B-Direct3DBasicsdx9B3aspx

Iluminacioacuten Global

bull Trata de emular el comportamiento natural de la luz usando un conjunto de algoritmos

bull Cuando los rayos de luz chocan con alguacuten objeto fiacutesico pueden pasar dos cosas

ndash El rayo da un rebote ndash El rayo es absorbido

bull Cada objeto al recibir luz emite un poco de eacutesta hacia su alrededor lo cual produce

ndash Sombrasndash Reflexioacuten de un objeto en los otrosndash Transparencias

bull Utiliza como paraacutemetros de entradandash las caracteriacutesticas fiacutesicas de los materiales de los objetosndash las luces presentes en la escenandash los mecanismos de interaccioacuten entre objetos

Iluminacioacuten Global

bullLos meacutetodos de iluminacioacuten global tratan de superar los problemas asociados con Ray Tracing

bullRay Tracer trata de simular la reflexioacuten de la luz una sola vez para cada superficie difusa

bullUn 0bjeto en una escena puede ser iluminado por sus alrededores con iluminacioacuten global

bullLas imaacutegenes resultantes son muy reales PERO es muy lento

bullCon ray tracing las imaacutegenes no parecen muy reales son demasiado ldquoperfectasrdquo (especular)

Meacutetodo Radiosity

El teacutermino radiosity se refiere a una medida de energiacutea radiante en particular la energiacutea que deja una superficie por unidad de tiempo Con el tiempo radiosity ha venido tambieacuten a significar un conjunto de teacutecnicas computacionales para calcular por medio de las computadoras la iluminacioacuten global de un ambiente

El meacutetodo radiosity emerge recientemente en el desarrollo de la sintetizacioacuten de imaacutegenes Este meacutetodo representa el desarrollo de varias tendencias el desarrollo de modelos basados en propiedades fiacutesicas el uso de meacutetodos computacionales maacutes rigurosos la continua tensioacuten entre la interactividad y el realismo computacional

Toda la energiacutea emitida o reflejada por cada superficie es tomada en cuenta por la reflexioacuten o absorcioacuten en las otras superficies

Los primeros modelos de radiosidad que fueron implementados son los de Goral Torrance Greenberg Battaile Nishita y Nakamae En ellos se asume la conservacioacuten de la energiacutea en un entorno cerrado La luz que abandona una superficie (su radiosidad) se descompone por una parte en la luz emitida por ella misma y por otra en la reflejada o transmitida proveniente de otras superficies (la luz incidente)

Meacutetodo Monte Carlo (MC)

bullEs el meacutetodo de radiosidad maacutes sencillo de entender y el que es maacutes acertado pero es el meacutetodo maacutes lento para calcular radiosity Dispara rayos ejemplo por cada pixel en la escena

bullFiacutesicamente es el maacutes acertado maneja apropiadamente la transparencia al mantener el aacutengulo y el color de los rayos

bullEs usado por muchos paquetes de ingenieriacutea para calcular luz asiacute como fluidos termodinaacutemica etc

bullPuede ser considerado como un meacutetodo de fuerza bruta por algunos

bullSiempre seraacute correcto pero depende de las configuraciones definidas pues en ciertos casos puede ser muy granulado el resultado

bullUsa poca memoria para operar y no depende o interactuacutea con otros asiacute que puede ser mucho maacutes raacutepido que otros meacutetodos si los requerimientos de memoria para esos meacutetodos es alta

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Iluminacioacuten Global

bull Trata de emular el comportamiento natural de la luz usando un conjunto de algoritmos

bull Cuando los rayos de luz chocan con alguacuten objeto fiacutesico pueden pasar dos cosas

ndash El rayo da un rebote ndash El rayo es absorbido

bull Cada objeto al recibir luz emite un poco de eacutesta hacia su alrededor lo cual produce

ndash Sombrasndash Reflexioacuten de un objeto en los otrosndash Transparencias

bull Utiliza como paraacutemetros de entradandash las caracteriacutesticas fiacutesicas de los materiales de los objetosndash las luces presentes en la escenandash los mecanismos de interaccioacuten entre objetos

Iluminacioacuten Global

bullLos meacutetodos de iluminacioacuten global tratan de superar los problemas asociados con Ray Tracing

bullRay Tracer trata de simular la reflexioacuten de la luz una sola vez para cada superficie difusa

bullUn 0bjeto en una escena puede ser iluminado por sus alrededores con iluminacioacuten global

bullLas imaacutegenes resultantes son muy reales PERO es muy lento

bullCon ray tracing las imaacutegenes no parecen muy reales son demasiado ldquoperfectasrdquo (especular)

Meacutetodo Radiosity

El teacutermino radiosity se refiere a una medida de energiacutea radiante en particular la energiacutea que deja una superficie por unidad de tiempo Con el tiempo radiosity ha venido tambieacuten a significar un conjunto de teacutecnicas computacionales para calcular por medio de las computadoras la iluminacioacuten global de un ambiente

El meacutetodo radiosity emerge recientemente en el desarrollo de la sintetizacioacuten de imaacutegenes Este meacutetodo representa el desarrollo de varias tendencias el desarrollo de modelos basados en propiedades fiacutesicas el uso de meacutetodos computacionales maacutes rigurosos la continua tensioacuten entre la interactividad y el realismo computacional

Toda la energiacutea emitida o reflejada por cada superficie es tomada en cuenta por la reflexioacuten o absorcioacuten en las otras superficies

Los primeros modelos de radiosidad que fueron implementados son los de Goral Torrance Greenberg Battaile Nishita y Nakamae En ellos se asume la conservacioacuten de la energiacutea en un entorno cerrado La luz que abandona una superficie (su radiosidad) se descompone por una parte en la luz emitida por ella misma y por otra en la reflejada o transmitida proveniente de otras superficies (la luz incidente)

Meacutetodo Monte Carlo (MC)

bullEs el meacutetodo de radiosidad maacutes sencillo de entender y el que es maacutes acertado pero es el meacutetodo maacutes lento para calcular radiosity Dispara rayos ejemplo por cada pixel en la escena

bullFiacutesicamente es el maacutes acertado maneja apropiadamente la transparencia al mantener el aacutengulo y el color de los rayos

bullEs usado por muchos paquetes de ingenieriacutea para calcular luz asiacute como fluidos termodinaacutemica etc

bullPuede ser considerado como un meacutetodo de fuerza bruta por algunos

bullSiempre seraacute correcto pero depende de las configuraciones definidas pues en ciertos casos puede ser muy granulado el resultado

bullUsa poca memoria para operar y no depende o interactuacutea con otros asiacute que puede ser mucho maacutes raacutepido que otros meacutetodos si los requerimientos de memoria para esos meacutetodos es alta

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

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Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

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bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

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Iluminacioacuten Global

bullLos meacutetodos de iluminacioacuten global tratan de superar los problemas asociados con Ray Tracing

bullRay Tracer trata de simular la reflexioacuten de la luz una sola vez para cada superficie difusa

bullUn 0bjeto en una escena puede ser iluminado por sus alrededores con iluminacioacuten global

bullLas imaacutegenes resultantes son muy reales PERO es muy lento

bullCon ray tracing las imaacutegenes no parecen muy reales son demasiado ldquoperfectasrdquo (especular)

Meacutetodo Radiosity

El teacutermino radiosity se refiere a una medida de energiacutea radiante en particular la energiacutea que deja una superficie por unidad de tiempo Con el tiempo radiosity ha venido tambieacuten a significar un conjunto de teacutecnicas computacionales para calcular por medio de las computadoras la iluminacioacuten global de un ambiente

El meacutetodo radiosity emerge recientemente en el desarrollo de la sintetizacioacuten de imaacutegenes Este meacutetodo representa el desarrollo de varias tendencias el desarrollo de modelos basados en propiedades fiacutesicas el uso de meacutetodos computacionales maacutes rigurosos la continua tensioacuten entre la interactividad y el realismo computacional

Toda la energiacutea emitida o reflejada por cada superficie es tomada en cuenta por la reflexioacuten o absorcioacuten en las otras superficies

Los primeros modelos de radiosidad que fueron implementados son los de Goral Torrance Greenberg Battaile Nishita y Nakamae En ellos se asume la conservacioacuten de la energiacutea en un entorno cerrado La luz que abandona una superficie (su radiosidad) se descompone por una parte en la luz emitida por ella misma y por otra en la reflejada o transmitida proveniente de otras superficies (la luz incidente)

Meacutetodo Monte Carlo (MC)

bullEs el meacutetodo de radiosidad maacutes sencillo de entender y el que es maacutes acertado pero es el meacutetodo maacutes lento para calcular radiosity Dispara rayos ejemplo por cada pixel en la escena

bullFiacutesicamente es el maacutes acertado maneja apropiadamente la transparencia al mantener el aacutengulo y el color de los rayos

bullEs usado por muchos paquetes de ingenieriacutea para calcular luz asiacute como fluidos termodinaacutemica etc

bullPuede ser considerado como un meacutetodo de fuerza bruta por algunos

bullSiempre seraacute correcto pero depende de las configuraciones definidas pues en ciertos casos puede ser muy granulado el resultado

bullUsa poca memoria para operar y no depende o interactuacutea con otros asiacute que puede ser mucho maacutes raacutepido que otros meacutetodos si los requerimientos de memoria para esos meacutetodos es alta

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Meacutetodo Radiosity

El teacutermino radiosity se refiere a una medida de energiacutea radiante en particular la energiacutea que deja una superficie por unidad de tiempo Con el tiempo radiosity ha venido tambieacuten a significar un conjunto de teacutecnicas computacionales para calcular por medio de las computadoras la iluminacioacuten global de un ambiente

El meacutetodo radiosity emerge recientemente en el desarrollo de la sintetizacioacuten de imaacutegenes Este meacutetodo representa el desarrollo de varias tendencias el desarrollo de modelos basados en propiedades fiacutesicas el uso de meacutetodos computacionales maacutes rigurosos la continua tensioacuten entre la interactividad y el realismo computacional

Toda la energiacutea emitida o reflejada por cada superficie es tomada en cuenta por la reflexioacuten o absorcioacuten en las otras superficies

Los primeros modelos de radiosidad que fueron implementados son los de Goral Torrance Greenberg Battaile Nishita y Nakamae En ellos se asume la conservacioacuten de la energiacutea en un entorno cerrado La luz que abandona una superficie (su radiosidad) se descompone por una parte en la luz emitida por ella misma y por otra en la reflejada o transmitida proveniente de otras superficies (la luz incidente)

Meacutetodo Monte Carlo (MC)

bullEs el meacutetodo de radiosidad maacutes sencillo de entender y el que es maacutes acertado pero es el meacutetodo maacutes lento para calcular radiosity Dispara rayos ejemplo por cada pixel en la escena

bullFiacutesicamente es el maacutes acertado maneja apropiadamente la transparencia al mantener el aacutengulo y el color de los rayos

bullEs usado por muchos paquetes de ingenieriacutea para calcular luz asiacute como fluidos termodinaacutemica etc

bullPuede ser considerado como un meacutetodo de fuerza bruta por algunos

bullSiempre seraacute correcto pero depende de las configuraciones definidas pues en ciertos casos puede ser muy granulado el resultado

bullUsa poca memoria para operar y no depende o interactuacutea con otros asiacute que puede ser mucho maacutes raacutepido que otros meacutetodos si los requerimientos de memoria para esos meacutetodos es alta

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Los primeros modelos de radiosidad que fueron implementados son los de Goral Torrance Greenberg Battaile Nishita y Nakamae En ellos se asume la conservacioacuten de la energiacutea en un entorno cerrado La luz que abandona una superficie (su radiosidad) se descompone por una parte en la luz emitida por ella misma y por otra en la reflejada o transmitida proveniente de otras superficies (la luz incidente)

Meacutetodo Monte Carlo (MC)

bullEs el meacutetodo de radiosidad maacutes sencillo de entender y el que es maacutes acertado pero es el meacutetodo maacutes lento para calcular radiosity Dispara rayos ejemplo por cada pixel en la escena

bullFiacutesicamente es el maacutes acertado maneja apropiadamente la transparencia al mantener el aacutengulo y el color de los rayos

bullEs usado por muchos paquetes de ingenieriacutea para calcular luz asiacute como fluidos termodinaacutemica etc

bullPuede ser considerado como un meacutetodo de fuerza bruta por algunos

bullSiempre seraacute correcto pero depende de las configuraciones definidas pues en ciertos casos puede ser muy granulado el resultado

bullUsa poca memoria para operar y no depende o interactuacutea con otros asiacute que puede ser mucho maacutes raacutepido que otros meacutetodos si los requerimientos de memoria para esos meacutetodos es alta

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Meacutetodo Monte Carlo (MC)

bullEs el meacutetodo de radiosidad maacutes sencillo de entender y el que es maacutes acertado pero es el meacutetodo maacutes lento para calcular radiosity Dispara rayos ejemplo por cada pixel en la escena

bullFiacutesicamente es el maacutes acertado maneja apropiadamente la transparencia al mantener el aacutengulo y el color de los rayos

bullEs usado por muchos paquetes de ingenieriacutea para calcular luz asiacute como fluidos termodinaacutemica etc

bullPuede ser considerado como un meacutetodo de fuerza bruta por algunos

bullSiempre seraacute correcto pero depende de las configuraciones definidas pues en ciertos casos puede ser muy granulado el resultado

bullUsa poca memoria para operar y no depende o interactuacutea con otros asiacute que puede ser mucho maacutes raacutepido que otros meacutetodos si los requerimientos de memoria para esos meacutetodos es alta

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Meacutetodo Final Gather (FG)

Se considera maacutes raacutepido que Monte Carlo al costo de tener menos exactitud fiacutesica y aumenta el uso de memoria

Es maacutes raacutepido que MC por un factor de 2 o maacutes ya que ldquoalmacenardquo los secundary bounces en memoria permitiendo al sistema verificar puntos de evaluacioacuten previos y eliminar nuevos de ser necesario

Meacutetodo Backdrop Only (BDO)

Se basa en el algoritmo de MC se diferencia en que soacutelo dispara rayos desde el fondo y geometriacutea auto-iluminada

Es un meacutetodo escencialmente non-bounced por lo que es realmente raacutepido y muy uacutetil para escenas outdoor que necesitan una iluminacioacuten de ambiente raacutepida No requiere mucho uso de memoria

En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

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Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

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bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

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En la siguiente imagen pueden verse las diferencias al usar Iluminacioacuten directa y radiosity

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Parece iluminacioacuten real el cuarto entero estaacute iluminado incluso las superficies que estaacuten lejos de la luz del sol hay sombras suaves

Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

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Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

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Con Radiosity

La premisa baacutesica es CUALQUIER luz que toca una superficie es reflejada hacia la escena

Cualquier luz no soacutelo aquellas que vienen de fuentes de luz directa sino cualquier luz

Ahora es necesario distinguir entre objetos y fuentes de luz Entonces cualquier cosa puede considerarse una fuente de luz potencial Baacutesicamente cualquier cosa que es visible puede emitir o reflejar luz

Conclusioacuten

bullNo hay diferencias entre fuentes de luz y objetosbullUna superficie en la escena es iluminada por todas las partes de la escena que son visibles para ella

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Ejemplo

Una escena simple un cuarto con 3 ventanas algunas columnas

La iluminacioacuten vendraacute desde fuera de las ventanas se asume que la luz es del sol

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Ahora se procede a escoger una de las superficies en la escena y se consideraraacute la luz en ella

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Se toma uno de esos patches imaginando que se es uno de esos patches iquestcoacutemo se ve el mundo desde su perspectiva

Se procede a dividir la superficie en ldquopatchesrdquo y se trataraacute de ver el mundo desde el punto de vista del mismo

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Desde el patch se puede observar lo que ldquoverdquo el cuarto se encuentra oscuro ya que no hay luz entrante todaviacutea (se dibujan los bordes para nuestro beneficio)

Al agregar todas las luces que ldquoverdquo se puede calcular el monto total de luz de la escena que llega al mismo esto seraacute de ahora en adelante la luz total incidente

Este patch soacutelo puede ver el cuarto y la oscuridad de afuera Al agregar la luz incidente se podraacute notar que ninguna luz llega alliacute El patch estaacute darkly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

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Si se tiene una vista desde un patch que se encuentra maacutes abajo y se puede ver al sol desde fuera de la ventana

Al agregarse la luz incidental se veraacute que mucha luz llega aquiacute a pesar que el sol parece pequentildeo

Este patch estaacute brightly lit

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

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Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

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Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Luz en la columnaUna vez que el procedimiento se repite para todos los patches d ela columna y se agrega la luz incidental en cada uno de ellos se puede ver al pilar y ver coacutemo esas luces se venAquellos patches que estaacuten maacutes arriba y no pueden ver el sol estaacuten en sombra aquellos que si pueden estaacuten iluminados Para los patches que soacutelo ven parcialmente la luz del sol debido al borde de la ventana estaacuten iluminados dimlyConclusioacutenRadiosity procede de una manera similar Las sombras aparecen en aquellas partes de la escena que no pueden ldquoverrdquo la fuente de luz

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm

Primera pasada Segunda pasada Tercera pasada

Cuarta pasada 16 va pasada

Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

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Ahora los conceptos

Para empezar con la parte teoacuterica es necesario repasar algunos conceptos

EmisioacutenSe ha dicho que se consideran las fuentes de luz y los objetos como lo mismo En el mundo real algunos objetos emiten luz y otros no Los objetos absorben luz hasta cierto punto Es necesario entonces distinguir las partes de la escena que emiten luz de aquellas que no Radiosity maneja esto diciendo que todos los patches emiten luz pero para la mayoriacutea de ellos la emisioacuten es cero Esta propiedad de los patches se denomina Emision

ReflectanciaCuando una luz toca una superficie parte de la luz es absorbida y se convierte en calor el resto es reflejada La proporcioacuten que es reflejada se conoce como reflectancia

Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

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Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

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Luz incidente y excedenteDurante cada pasada seraacute necesario recordas 2 cosas cuaacutenta luz llega a cada patch y cuaacutenta luz sale del mismo estas luces se denominan luz incidente y luz excedente respectivamenteLa luz excedente es la propiedad visible del patch cuando lo vemos es esta luz la que apreciamosincident_light = suma de todas las luces que el patch puede verexcident_light = (incident_lightreflectance) + emisioacuten

Estructura del PatchAhora que se conocen las propiedades necesarias para un patch es hora definir unostructure PATCH emmision reflectance incident excident end structure

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

MyVirtualHome

Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

Videos

Explicacioacuten del coacutedigoInicializar los parchesPara comenzar todos los patches deben estar oscuros excepto aquellos que emiten luz Para estos uacuteltimos se les inicializa con un valor de emisioacuten que puede ser especificado por la escena para los demaacutes este valor es cero (negro)

Loop de las pasadasEl coacutedigo repite el loop tantas veces como sea necesario para producir una iluminacioacuten aceptable de la escena Cada vez que se entra al loop el coacutedigo simula una reflexioacuten de luz maacutes en la escena

Cada patch toma luz de la escenaCada uno de los patches es iluminado por aquello que puede ver a su alrededor Esto se logra al renderizar la escena desde el punto de vista del patch y agregar la luz que ve

Calculo de luz excedente para cada patchAl haber calculado cuaacutenta luz llega a cada patch se puede ver cuaacutenta luz sale de los mismos

Este proceso debe repetirse muchas veces antes de poder obtener un buen efecto

Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

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Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

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bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

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Seudocoacutedigo

load scene divide each surface into roughly equal sized patches initialise_patches for each Patch in the scene if this patch is a light then patchemmision = some amount of light else patchemmision = black end if patchexcident = patchemmision end Patch loop Passes_Loop each patch collects light from the scene for each Patch in the scene render the scene from the point of view of this patch patchincident = sum of incident light in rendering end Patch loop calculate excident light from each patch for each Patch in the scene I = patchincident R = patchreflectance E = patchemmision patchexcident = (IR) + E end Patch loop iquestSe han realizado suficientes pasadas No entonces ir a Passes_Loop

Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

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Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

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bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

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Meacutetodo de Radiosity

Los coacutemputos realizados con este meacutetodo son diferentes a cualquier otro coacutemputo de iluminacioacuten ya que es independiente del observador

La intensidad de las superficies en el modelo son computadas antes de que se haga cualquier caacutelculo Esta diferencia se puede ver como la diferencia entre coacutemputos de iluminacioacuten demand-driven y data-driven

Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

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Software para disentildeo 3D de hogares

Rhino

Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

Modeling tools for designers

bullCinema 4d v ray Vray GI GR Global Radiosity render bullLightWave 92 Community DemobullBlender bullCounter Strike Source V 16 (realtime radiosity)bullMyvirtualhome

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Demand-drivenTiacutepicamente usado con z-buffer El renderer calcula la ubicacioacuten de un poliacutegono o cuaacutel poliacutegono estaacute presente en un pixel en particular y luego necesita saber la intensidad o color para dibujar el poliacutegonopixel Los caacutelculos de iluminacioacuten se realizan en el uacuteltimo paso por la demanda de saber cuaacutel colorintensidad debe mostrarse en la pantalla

Data-drivenRadiosity usa esta aproximacioacuten para calcular la iluminacioacuten En vez de calcular la luz como el uacuteltimo paso en el proceso de rendering lo hace de antemano Ciertas superficies en la escena tienen una intensidad inicial y el efecto que tienen sobre otras superficies en la escena se calcula de manera iterativa Esto se realiza independientemente del observador

La presencia de estas superficies iluminadas en el modelos son las que llevan el computo del sistema

Modelo Radiosity

Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

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Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

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Este meacutetodo estaacute pasado en el modelo simple de transferencia de energiacutea Para cada superficie en un modelo la cantidad de energiacutea que es emitida se comprende de la energiacutea que la superficie emite internamente maacutes la cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie La cantidad de energiacutea que es reflejada de la superficie puede ser caracterizada como el producto de la cantidad de energiacutea incidente de la superficie y una constante de reflectividad de la superficie

El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

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bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

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bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

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bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

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bull Teacutecnica gathering

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bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

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bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

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RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

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Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

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El radiosity de una superficie es la energiacutea emitida Esto es lo que se usa para determinar la intensidad de una superficie

La cantidad de luz emitida desde una superficie debe ser especificada como un paraacutemetro en el modelo asiacute como para los meacutetodos tradicionales de iluminacioacuten donde la ubicacioacuten e intensidad de las fuentes de luz deben ser especificadas

La reflectividad de la superficie debe ser especificada en el modelo

Lo uacutenico desconocido en la ecuacioacuten es la cantidad de luz incidental que toca la superficie Esto puede ser calculado al sumar para todas las superficies la cantidad de energiacutea que ellas contribuyen a esa superficie

El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

Se define el Fij como el radio de la energiacutea que va desde el patch Pi hasta el patch Pj es decir el porcentaje de ergiacutea que sale del patch Pi y que llega al patch Pj

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bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

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bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

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bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

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bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

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coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

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RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

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Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

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El ldquoform factorrdquo en la ecuacioacuten anterior estaacute definido para ser la fraccioacuten de energiacutea que deja la superficie i y llega a la superficie j es por lo tanto un nuacutemero en el rango (01)

Este factor puede ser calculado por medios analiacuteticos o a traveacutes de anaacutelisis geomeacutetricos

Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

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bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

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bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

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bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

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bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

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bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

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RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

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Calcular el Factor de FormaUna simple relacioacuten geomeacutetrica ayuda a derivar la ecuacioacuten del caacutelculo de los factores de forma Fij com osigue el aacuterea de la proyeccioacuten normal de una superficie A en una superficie es reducida de acuerdo al coseno del aacutengulo entre ambas superficies Acosθ

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Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

Aplicaciones que usan radiosity

RadCAD

RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

Caracteriacutesticas de RadCAD1048698 Teacutecnicas de ray tracing proporcionadas por el meacutetodo de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y calor medioambiental1048698 Meacutetodos de radiosidad avanzados

Cinema 4D Es un paquete desarrollado por MAXON Computer GmbH de modelado animacioacuten y rendering Es una aplicacioacuten popular entre los matte painters en produccioacuten de films principlamente debido a la funcionalidad de BodyPaint 3D Es igualmente popular entre artistas Se ha utilizado en peliacuteculas como Beowulf The Golden Compass Surfacutes up Spiderman 3 Polar Express Monster House

Blender

Es un suite 3D open source disponible para la mayoriacutea de los sistemas operativos bajo la licencia GNU GeneralPublic License

Autodesk 3ds MaxSoftware que permite modelar animar y rendering a ser usado en juegos peliacuteculas y contenido para TV

Vue

Es un software que permite la creacioacuten animacioacuten y rendering de ambientes naturales 3D Sirvioacute como apoyo para peliacuteculas como Terminator Salvation Australia Indiana Jones 4 y variadas campantildeas publicitarias

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Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

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Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing

bull Ni Radiosity ni Raytracing logran lidear completamente con el problema de la iluminacioacuten global

ndash Radiosity no puede mostrar las luces especularesndash Raytracing no puede mostrar bien las luces difusas

bull Fue sugerido por Wallace John R como una solucioacuten definitiva ya que toma las ventajas de ambos meacutetodos y las une para lograr una iluminacioacuten mucho mas real

Ambiental Difusa Ambiental+Difusa Ambiental+Difusa+Especular

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two path method)

bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull Teacutecnica Instant Radiosity

bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

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RadCAD es una aplicacioacuten que permite el anaacutelisis de radiacioacuten teacutermica RadCAD utiliza el meacutetodo tracing de Monte Carlo para el caacutelculo de factores conductores de radiacioacuten y costes de calor para representaciones reales de superficies o voluacutemenes coacutenicos

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bull Se utiliza para manejar de manera independiente las reflexiones de luz difusa-difusa y especular-difusa

bull El componente especular se calcula soacutelo en la medida necesaria para el caacutelculo correcto del componente difuso

bull Las reflexiones especular-especular y difusa-especular son calculadas a traveacutes de raytracing

bull En la parte de radiosidad extienden el factor de forma para incluir la transparencia

Iluminacioacuten Global mejoradaRadiosity con Raytracing (Two pass method)

bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

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bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

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bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

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bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

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bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

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bull Se sugirioacute un meacutetodo extendido factor de forma de caacutelculo Elfactor de forma incluye la parte de la energiacutea despueacutes de cualquier nuacutemero de reflexioacuten especular y refraccioacuten

bull Se utiliza el meacutetodo estaacutendar de radiosity para el calculo de las reflexiones difusas-difusas y como un segundo paso usan raytracing para los otros calculos

Radiosity en la actualidadReal Time Radiosity

bull En graacuteficos en tiempo real por lo general soacutelo se utiliza la iluminacioacuten directa que es la simulacioacuten de la luz que se emite desde una fuente de luz rebota en una superficie y luego golpea el ojo caacutemara

bull En el pasado Radiosity no podiacutea ser usado para graacuteficos en tiempo real como lo seriacutean los video juegos debido a la gran cantidad de caacutelculos que requeriacutea

bull El impedimento para usar Radiosity para graacuteficos en tiempo real se debiacutea a la incapacidad del hardware para procesar estos caacutelculos de manera instantaacutenea

bull Real Time radiosity se usa desde el antildeo 2008bull Existen varias teacutecnicas de radiosidad en tiempo real sobre el

hardware de graacuteficos

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bull Teacutecnica gathering

bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

bull Usualmente se renderiza cada superficie del hemicubo en un pbuffer

bull Se ponderan los colores de los pixels para calcular la incidencia de la luz en ese momento

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bull Se trazan rayos desde la fuente de luz hacia la escenabull En el momento en que el rayo choca con una superficie se

coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

bull Se utilizan direcciones aleatorias para los rayos que rebotan sobre las superficies

bull La cantidad de rayos lanzados desde la fuente de luz es N cuyo valor debe ser igual o mayor a 100 para obtener una buena imagen

bull Finalmente la escena es renderizada utilizando iluminacioacuten directa desde la fuente de luz y desde cada una de las luces puntuales que se crearon cuando los rayos rebotaron en las superficies

bull Es necesario tener un hardware que tenga un buffer de acumulacioacuten amplio

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hardware de graacuteficos

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bull La iluminacioacuten incidente en un punto es evaluada renderizando la escena desde ese punto

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coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

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coloca una luz puntual en ese lugar para aproximar la luz reflejada desde ese punto

bull El rayo sigue rebotando a lo largo de la escena y es atenuado por la reflectancia difusa de la superficie donde rebota

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Es una herramienta de modelado para disentildeadores Se puede crear editar analizar documentar renderizar animar y trasladar curvas NURBS superficies y soacutelidos

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Referencias Bibliograacuteficas

11 RRadiosity Hugo Eliacuteas Tomado de httpfreespacevirginnethugoeliasradiosityradiosityhtm2 Radiosity Allen Martin Tomado de httpwebcswpiedu~mattcoursescs563talksradiosityhtml3 Zapacutes mental ray tips Tomado de httpmentalraytipsblogspotcom200811joy-of-little-ambiencehtml4 RadCAD CampR Technologies Inc Tomado de httpwwwcrtechcomradcadhtml5 Radiosity Algoritmos de iluminacioacuten global Bodadilla Yael 2001