Textures Buffers - Tampons

Transcription

1 Textures Buffers - Tampons Merci à : Jean-Sébastien Franco Mathias Paulin, IRIT, Toulouse Rosalie Wolfe, DePaul University Thomas Funkhouser, Princeton University

2 Texture

3 Introduction 1D/2D/3D Précalcul Fonction tabulée Variation spatiale Augmentation du réalisme Aspect de surface Motifs colorés Images au lieu de polygones (2D) Décrit par Edwin Catmull (thèse 1974)

4 Ajouter du détail visuel sur surfaces 3D

5 Définitions Texture mapping technique consistant à appliquer une texture sur une surface Texture map texture apposée sur la surface Texel élément de base d une texture, analogue au pixel d une image Repère local vs repère global Repère local : Coordonnées fixes sur l'objet / Paramétrisation Repère global : Coordonnées dépendantes du placement de l objet

6 Introduction Familles de textures Textures 1D Textures 2D : «décalcomanie» Textures 3D : «sculpture»

7 Textures 2D Placage d images existantes Motifs Aspect de surfaces Reflets

8 Fonctions de placages Correspondance entre coordonnées et pixel Projection de R3 dans R2 Définition d une forme de placage Définition d une fonction de conversion

9 Placages 3D classiques Définir une fonction des coordonnées 3D d un point sur la surface Projection de R3 dans R2

10 Formes de placage Placement des textures Définition d un englobant simple de l objet Normalisation de l englobant Utilisation de l englobant pour le placage

11 Placage Plan Définition d un plan de projection Projection d un point (x,y,z) en (u,v) Exemple Projection sur le plan xoy

12 Placage Plan Quel plan de projection?

13 Placage Cylindrique Enroulement de la texture autour de l objet z Paramétrisation (r, θ,z) du cylindre Seuls θ et z nous intéressent : (θ,z) (u,v) Exemple Projection sur un cylindre selon y r

14 Placage Cylindrique Quel cylindre de projection?

15 Placage Spérique Sphère englobante Paramétrisation (r,θ,ϕ) de la sphère Seuls θ et ϕ nous intéressent : (θ,ϕ) (u,v) Exemple Projection sur une sphère selon y

16 Placage Sphérique Quel sphère de projection?

17 Formes de placages Cube Englobant Similaire au placage sphérique A partir du centre 6 plans sont définis

18 Placage Cubique Peut-être utilisé pour le placage d environnement

19 Fonction de Conversion Définition d une fonction de conversion Passage d un point sur l objet à un point sur la forme de placage 4 types de fonctions de conversion Centrale Vecteur du point au centre de l objet Réflexion Vecteur réfléchi par rapport à la visée Normale Normale au point de l objet Position Projeté sur la boite englobante

20 Placage Cubique Effet Miroir Environment mapping Direction de vue réfléchie Approximation de la réflexion Plus rapide

21 Environment mapping A partir d images réeles

22 Paramétrisation Utilisation des paramètres (u,v) de la surface. Mise à l échelle de la texture.

23 Coordonnées de texture Utilisation de coordonnées de textures Remplacent les formes de placage Définition de coordonnées (u,v) pour chaque sommet. Solution la plus utilisée

24 Problème Texture reste 2D La plupart des objets 3D modélisés ont une topologie au mieux sphérique Comment aplatir la surface 3D?

25 Déplier une sphère

26 Possibilité : déplier la surface 3D

27 Possibilité: fabriquer un atlas Appliquer des patches, optimiser la jonction au jointures

28 Possibilité: déléguer au graphiste savoir faire/expérience du graphiste

29 Modes d adressage

30 Modes d adressage

31 Filtrage Technique de sous-échantillonnage Contexte : moins d'un texel par pixel Interpolation entre les texels voisins Texel le plus proche Technique de sur-échantillonnage Contexte : plus d'un texel par pixel Appliqué à un pixel sur l objet. Projection des coins du pixel sur la texture et calcul de la moyenne.

32 Filtrage Mip-Mapping Accélération du pré-filtrage Calcul de différentes résolutions de textures

33 Filtrage Mip-Mapping Projection du pixel objet sur la texture originale Détermination du nombre de pixels texture recouverts

34 Filtrage Mip-Mapping Recherche des textures les plus proches Calcul de la moyenne des pixels recouverts dans ces textures

35 Texture et Perspective Sur-échantillonage, minification

36 Approximation linéaire Interpolation linéaire dans l espace image Division perspective

37 Nonlinéarité u/z, v/z est linéairement interpolable en espace image division perspective en chaque pixel

38 Fonctions de conversion Implantation en OpenGL Génération de coordonnées de texture Plane Réflexion Utilisation de gltexgen* Equation du plan utilisé pour la forme Réflexion sphérique Réflexion cubique Possibilité de différencier les coordonnées u et v Génération par coordonnées de texture

39 Utilisation des textures Multi-texturing Pas limité à l'usage d'une seule texture Chaque texture peut avoir ses propres coordonnées Une texture peut stocker les coordonnées d'accès dans une autre texture Variation spatiale des paramètres d'apparence Coefficient diffus (texture classique) Exposants Normales (Bump-mapping et Normal Mapping) Éclairement Déformation géométrique Carte de déplacement (ex: vagues) Et tout autre variation spatiale d'un paramètre. Rendu basé images

40 Billboard

41 Billboards avec alpha blending

42 Rendu basé images utilisé lors de l acquisition de modèles 3D à partir d images réelles utilisation des images réelles pour augmenter le réalisme des modèles 3D coordonnées de textures générées: analogie à une vidéo-projection

43 Multitexturing adressage et combinaison simultanée de plusieurs textures utilisations: générer des textures d aspect irrégulier bumpmap, lightmap, shadowmap... combinaison de toutes ces techniques

44 Texture de modulation

45 Lightmap (ou illumination map) modulation de texture par texture de lumière

46 Lightmap Quake I!!!

47 Bump mapping modulation par texture de normale

48 Bump mapping Limitations?

49 Displacement mapping surface repolygonalisée finement grâce à texture de déplacement silhouette et ombres projetées plus lourd mais plus exact que bump mapping

50 Textures procédurales 2D, 3D Stockage coûteux Astuce: calculer à la volée : bruit de Perlin

51 Applications Billboard Multi-texturing Texture de modulation Bump-mapping Displacement mapping Lightmap Rendu basé images

52 Billboard

53 Billboards avec alpha blending

54 Premiers jeux 3D avec textures 1ers jeux texturés temps-réel pas de GPU! CPUs 80386/80486 Raycasting, point de vue horizontal Wolfenstein 3D, 1992 Wolfenstein 3D, 1993

55 Multitexturing adressage et combinaison simultanée de plusieurs textures utilisations: générer des textures d aspect irrégulier bumpmap, lightmap, shadowmap... combinaison de toutes ces techniques

56 Texture de modulation

57 Lightmap (ou illumination map) modulation de texture par texture de lumière

58 Lightmap Quake I!!!

59 Bump mapping modulation par texture de normale

60 Bump mapping Limitations?

61 Displacement mapping surface repolygonalisée finement grâce à texture de déplacement silhouette et ombres projetées plus lourd mais plus exact que bump mapping

62 Textures procédurales 2D, 3D Stockage couteux Astuce: calculer à la volée: bruit de perlin

63 Rendu basé images utilisé lors de l acquisition de modèles 3D à partir d images réelles utilisation des images réelles pour augmenter le réalisme des modèles 3D coordonnées de textures générées: analogie à une vidéo-projection

64 Tampon - Buffers Rendu multi-passes Stocker des résultats provisoires Carte de profondeurs Carte de normal... Les combiner Association Tampon - Texture Utilisation Rendu différé Calculs d'ombres Filtrages...

65 La chaîne de rendu Transformations aux sommets Élimination Projection Élimination des non-visibles Rastérisation Échantillonnage D onnées Assemblage Transformation du fragment/pixel Transformation du pixel

66 Texture d'ombre Si A < B : dans l'ombre image des profondeurs A Position de l'oeil B Image courante + Z

67 Texture d'ombre Si A = B : éclairé image des profondeurs B A Position de l'oeil Image courante + Z

68 Texture d'ombre Algorithme Rendre la profondeur depuis la source de lumière Sauvegarder dans une texture Plaquer cette texture sur la scène Texture projective Pour chaque fragment/pixel depuis le point de vue Comparer la distance à la source avec la profondeur issue de la texture

69 Texture d'ombre Algorithme Rendre la profondeur depuis la source de lumière Sauvegarder dans une texture Plaquer cette texture sur la scène Texture projective Pour chaque fragment/pixel depuis le point de vue Comparer la distance à la source avec la profondeur issue de la texture Limitations Pixelisation : approximation par morceau

70 Texture d'ombre image des profondeurs Image courante + Z

71 Texture d'ombre Algorithme Rendre la profondeur depuis la source de lumière Sauvegarder dans une texture Plaquer cette texture sur la scène Texture projective Pour chaque fragment/pixel depuis le point de vue Comparer la distance à la source avec la profondeur issue de la texture Limitations Pixelisation : approximation par morceau Solutions : Augmenter la résolution Légèrement décaler Pré-filtrer : Exponential Shadow Map, Variance Shadow Map, Convolution Shadow map

72 Filtrage de la shadow map Filtrage bilinéaire standard Mélange pondéré des 4 texels voisins Inadapté aux textures de profondeurs Crée des valeurs de profondeur! Percentage Closer Filtering (PCF) Filtrage bilinéaire du résultat de la comparaison avec la shadow map 4 échantillons supporté en hardware Profondeur du fragment : Shadow map filtrée bilinéairement 0.57 > 0.44 Le fragment est totalement dans l'ombre Profondeur du fragment : PCF 0.57 > x? 0 : 1 Le fragment est 50% dans l'ombre

73 Percentage Closer Soft Shadows (PCSS) Taille d'échantillonnage fonction de la distance aux occludeurs Plus l'ombre s'éloigne de l'occludeur, plus elle devient douce w Penumbra = d Receiver d Blocker w light d blocker wlight dblocker dreceiver wpenumbra Image réelle

74 PCSS Définir dblocker La région de recherche de l'occludeur dépend......de la taille de la lumière...de la distance à la lumière Moyenner la profondeur des texels de la zone de recherche Source lumineuse Shadow-Map Fragment Region de recherche

75 PCF: résumé Approche intuitive et facile à mettre en oeuvre Fonctionne sur tout types de géométrie Indépendant de la complexité géométrique Solicite l'unité de texturing Ne filtrer que les bords de l'ombre (utiliser les branchements dynamiques) Problème d'aliasing Sous échantillonnage de la shadow map Nombres d'échantillons insuffisant (décorréler les échantillons)

76 Soft Shadow Mapping v_coef pour P? Algorithme source Soustraire l'aire Occultée par chaque échantillon de la shadow map clipped p

77 Artefacts Recouvrements sous estimation du v_coef source Trous Fuite de lumière gap overlapping p

78 Artefacts Référence Algorithme naïf