Universidade Nova de Lisboa Faculdade de Ciências e Tecnologia Departamento de Informática

(1)

Modelo d

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delo de Iluminação Global por Radiaç

(Radiosidade)

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(3)

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Agradecimentos

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(4)

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Resumo

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(5)

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Abstract

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(6)

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Índice

1 Introdução ... 10

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/#- C

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2 Estado da Arte ... 16

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-#/#- @ ###########################################################################################################/M

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-#- 6 ################################################################################################################/3

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3 Trabalho Relacionado ... 31

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E#- 6 % 6 < >

(7)

0 2 0

4 Arquitectura e Implementação ... 36

I#/ )+ 6 D 6 ##################################################################E2

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I#I & ! , H #################################################################################################L/

5 Testes e Resultados ... 54

L#/ ' ###################################################################################################################L2

L#- ! ###############################################################################################################L3

6 Conclusão ... 61

2#/

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########################2-2#/#E $ ! & + #############################################2E

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7 Anexos ... 65

M#/ O ,+ #########################################################################################2L

M#- ! ! ###############################################################################################22

(8)

0 M 0

Índice de Figuras

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B ! ! ! # PLQ #################################################//

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(9)

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(10)

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C ######################################################################################################################LL

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C ######################################################################################################################LM

L#E R ! ! D # ######2.

L#I R ! ! !+ ! D

(11)

0 /. 0

1 Introdução

! B 9 ! ! ) (

! 6 # : 7 ! ( " 8 9 ! !

! ! ! 5 P/ # IM40I3/Q#

! !

! # ) ! ! " ! D @ D

! 9! 9 ! ! 9 ? ! 9 ! #

! B 0 = " !

! " " ! #

1.1 Motivação

! B ! " ! D !

B ! ! ! 5 0 ! # =

C ! ! U ! " C # ' 9

5 ! ! ! 9 ! + ! ! @

! ! ! 9 !

! ! ! D ! ! 0 # "

" ! ! ! ! ! P- # EM.0EM/Q

PEQ PI # E//0E/MQ# ! D !

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+ ! ! ! ! "

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! ! B ! ! ! ! !

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! ! ! ! ! ! 5 @ !

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(12)

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" ! ! 7 P- # EM.0EM/Q

PEQ PI # E//0E/MQ8# ! ! ! @

B ! ! B ! @ ! D

! ! !#

Figura 1.1 0 As caixas clássicas de Cornell onde se vê claramente a influência da cor das paredes nos objectos da cena e nas sombras dos mesmos. [5]

! ! ! ! !

! 5 B H 5

! V ! W# ! D ! @

" D ! !9 5

! P/ # IM40I3/Q 9 D @ ! 5

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" ! ! 5 !

(13)

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! ! @ 5 # ! !

! ! ! ! 7 " 8 !

D C ! 9 ! #

!9 " ! H ! ! !

! ! C # C ! ! !

! 5 P2Q#

1.2 Descrição e Contexto

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! 5 ! 9 ! !

D B ! #

! " @ ! ! ! 9

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PMQ# :

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#

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(14)

0 /E 0

@ ! @ D ! ! ! 5 !

@ ! ! " # & ! 0

! C ! !

@ ! ! H C ! #

1.3 Solução Apresentada

! ! 9 @ + !

D ! ! @ ! H

D # @ 5

! ! ! 5 # :

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# 9 ! ! ! %

$ B %

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6 7 8#

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C #

P3Q#

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F #

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! # ! H : ! 6

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@ @ ! ! !9 !

(15)

0 /I 0

$ ! D ! ! @ 9 ! ! #

9 ! ! D @

! @ #

Figura 1.2 – Visão geral do funcionamento do sistema onde o utilizador pode antecipar o fim da computação da radiosidade se achar que o resultado actual é aceitável.

1.4 Principais Contribuições

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! + D D ! !

9 ! ! #

$ ! 9 ! !+ % D D

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$ !+ D ! %

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! ! A! H : !

6 & Z

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Z

! Z

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(16)

0 /L 0

$ 5 7@ 9! ! H ! 8

" ! ! @ !

#

& 9! H C ! + @ 9

! # $ ! " " ! D

(17)

0 /2 0

2 Estado da Arte

& ! ! ) ! ( 6 9 "

+! 5 @ ! D # $ B

9 ! + ! ! !" @ ! ! +! 5 ! !

! @ ! ! 5 P4Q#

2.1 Radiação

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! ! ! ! ! ! ! ! #

: 9 ! @ ! ! 0

! # @ !

! ! ! + 5 #

C ! ! ! !

! ! ! 9 ! 9 #

9 ! ! D 5 7

-#/8#

D 5 ! 9 !

! ! 5 D 5 #

: D @ D #

(18)

0 /M 0

Figura 2.1 0 Espectro de Radiação Electromagnética: Pode0se observar claramente que o espectro de luz visível está contido dentro deste espectro. [10]

2.1.1 Intensidade

: ! C ! !

C 7-#/8 9 9 ! 9 ! "

9 #

= (2.1)

: 9 ! D ! F 7 ! ! 8

! ! ! #

2.1.2 Frequência

: @ D D ? D + # X @ D @

@ ! ! -#-#

(19)

0 /3 0

: @ 9 C 7-#-8 9 @ ! G D 5

7 ! @ ! 0 8#

= 1 (2.2)

2.1.3 Polarização

! D ! ! ! ! 9! D H # :

D "0 ? ! 9 ! @

D ! ! ! ! @ " #

: ! ! 9

D # @ D 9 ! @ !

5 #

: D D ! D @ !

CH B #

: D D 9 ! ! ! ! !

! 9 @ ! ! ! ! #

2.2 Radiosidade

! ! 9 ! ! !

! 5 # ! !

! ! !

! " D ! 9! ! ! 9 ?

! 9 ! # : ! 9! 9 ! 5 @

D @ ! 5 " # X D

C 7-#E8 9 F F

D9 7 : C M#/8 Ω ! 9 #

= cos

Ω 7-#E8

5 ! H

!9 ! 7 8 ! " -#L

(20)

0 /4 0

B ! @ 9 ! B

! ! ! #

2.3 Tipos de Modelos de Iluminação

5 5 ! D% # : D

9 @ @ ? 5 ! ! !

! 5 # $ ! " ! P- # EM.0EM/Q

PEQ PI # E//0E/MQ ! ! ! +!

= ! C " ! D !

! # ! ! ! ! D 7 D @ 9

B 8 9 " D ! ! D C ! D

! # : D 9 ! ! ! ! ! 9

B ! ! ! C ! B ! !

! # ! ! ! ! + D

! D # !

D ! 7 D 8 ! ! 5

! #

2.4 Discretização da Equação de Radiosidade

: ! @ 5 ! P//Q !

! 5 9 C 7-#I8

!5 , 7 ! 8 !

´ ´ !5 , , ´ @

!9 ´ "

9 #

= + ´ , ´ ´ 7-#I8

! @ 7-#I8 9! ! 0 ! 5

! ! # & C ! 5 ! !" 9

" ? D # X 5 @ @ " 7-#L8

! 9 5 " ! 9 ! 5 " ! 9

(21)

! 7 C

5 #

: ! ?

C ! #

C ! 9

, ! + !

@ H B

&

1 ' (%(( ' )%)( 1

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C ! !

! -#2

2.5 Factores de Forma

$ ! 9 !

-#I8# !

D ! !9

!

5 #

Figura estão na ba

0 -. 0

-#L8 5 " 5 $

! = !+ !, #%!# +

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7-#L8

D @ 7-#I8 !

! ! D ! !

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! 9 C 7-#28#

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! ! @ "

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# ! ! D

ura 2.3 – Diagrama que sintetiza as variáveis que o na base do cálculo dos factores de forma. [12]

1 A! ! ! ! ! ! -#28 @ !

7 ! !

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5 !

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(22)

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3#

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C !

:

2.5.1 A Analogia de @uss

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! ! 9 !

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: 9

5 ! !

! 9

! 9 ! !

"

#

Figura 2.4 0 @a Analog colocado um hemisfério sobre o ponto que se pr factor de forma. [12]

0 -/ 0

@ D 9

" 5 " $

# ! F !

= 1 !

cos 2!cos 2#

4535) ! # 67

68

7-#M8

!9 !

#

@usselt

! 9 ! ! !

9 ! ! ! !9 !

9 ! ! 9 "

! !

! ! 9 D !

! ! " B

! -#L# $ ! 9 ?

! 9 @

nalogia de @usselt é sfério de raio unitário se pretende avaliar o

Figura 2.5 0 O factor form da projecção (A) a dividi base do hemisfério (B). [12

9 @ 7-#M8

! 3

5 " $

! 5 #

@ C !#

! !

" @

-#I# & B

! B

B "

? " B

! !

r forma é igual à área dividir pela área da

(23)

0 -- 0 2.5.2 O Semicubo

: : ! @ ! B !

! 9 ! ! ! " ! ! ! ! # ! !

B ! ! 5 !9 ! " ! ! @

5 ! -#2#

Figura 2.6 – O factor de forma é igual em todas as intersecções

das superfícies (A, B, C e ), pois todas elas têm a mesma área

quando projectadas na base do hemisfério. [9]

$ ! " 7 # # ! / ! - C - 8 ?

! ! 9 : 9 " 7 8

! ! -#M#

(24)

0 -E 0

: ! ! ! @ 9 #

9 ! 7 9 ! 8 ! F + 7 : C M#/8#

! ! 9 5 ! ! ∆% 9 #

@ + 9 " ! ! ? !

! 7 ! ! I + 9 " !

! ! 8#

& ! ! ! 9 ! 0 + !

7-#38 ∆ _! 9 " 9 "#

∆%:68=

1 4; !)+ <!)+ 1

∆ ! _7-#38

$ " ! 9 ! 9

? + ! 7-#48 ! @ ∆ _# 9 " 9 $#

∆%:67 =

1 4; #)+ <#)+ 1

∆ # _7-#48

9 ! B @ 9 B ! #

& ! 0 ! 5 ! !

! P/ # IL/0ILIQ# : ! D

D ! 0 ! ! !

! ? @ # C ! ! !

! ! ! # ! ! ! 9

! D ! 7 I#/.8#

B ! 9 ! !

@ ! B ! ! @ 7-#/.8 ! @ =

A! 9 ! $#

%!#= , ∆%>

>?# 7-#/.8

, ! ! D ! 9 : 9 !

! @ ! @ @ !

! 9 # $ ! ! D ! ! 0

! ! D @ D ! ! !

(25)

0 -I 0

C ! ! ! @ ! ! ! B

! C # : ! 9 ! !

! ! ! ! ! D @ 9 5

= " ! ! 7 !

-#4#/8#

2.6 Solução Matricial de Radiosidade

!9 ! D ! 5 # !

@ ! 5

! D ! ! ! !

5 # & 9! ! ! ! ! 9! @

@ ! !+ # 9 ! ! ! !

5 ! @ ! 9 D

B #

: ! ! ! ( !

! # ! ! C ! @ 1A @ !

! D @ ! #

X ! 9! 5 !9 ! D # !

! ! ! " # : H

! 0 @ ! #

2.7 Algoritmo de Radiosidade Progressiva

$ : ! 6 & 9 ! ! ! , =

!5 ! C ! P/EQ# Y ! ! 9! 9 !

! @ C ! 7

) D 6 8# > @ ! !9

D ! ! @ + !

" ? # : " !9 ) D 6

! B) ! 7 B 9 A!

(26)

0 -L 0

! ! ! # 5 !

! ! " _! @ 9 ! !

" ∆ _! @ @ ! # !

5 ! ! ! 9 #

5 $ ! ! # 9

! 5 " 5 $# $ 9

# ∆ # 5 $ !

# ! 5 $ ∆ _! 9 D ! ! @

5 ! #

$ + ! 9 %

! ! ! ! D !

! 9 C ! B ' 1 7 ! ! !

H 8#

2.8 Subdivisão de Elementos

-#I ! D #

! ! ! ! ! D

D " ! ! #

: ! 9 + ! 7-#//8 ! @ C 9 C ! 7

D 8 # ! 9 D ! ! #

Para todo o ":

-A radiosidade da superfície " é igual à sua emissividade.

-A radiosidade não emitida da superfície " é igual à sua emissividade.

Enquanto existir radiosidade não emitida:

-Seleccionar a superfície " tal que esta tenha o maior valor de radiosidade não emitida por área.

Para cada uma das outras superfícies $:

-Calcular o factor de forma entre a superfície " e a $.

-Calcular o valor de energia transmitida da superfície " para a $. -Somar esse valor à radiosidade não emitida da superfície $.

-Somar também o valor de energia transmitida à radiosidade da superfície $.

(27)

0 -2 0

D = ' C 7-#//8

& ! ! ! ! ! C !

C 7-#/-8 B_! H ! E @ D

5 #

C _{= ,}+ _!B! !-(

7-#/-8

! 0 ! ! ! 7-#/E8 BF_! H

!E + 1# $ ! 9 C 7-#/E8 ? C

7-#/-8 ! @ 7-#/I8#

G _{= ,}+ _!BF! !-(

7-#/E8

DH = C ' G 7-#/I8

& 5 ! !

! DH 7 : C M#-8# 5 !

9 ! ! ! 5 9

#

2.9 Aceleração por Hardware

: ! ! ! 9 ! !

! ! # & "

!0 " 9 @ ! = D # =

! ! ! ! ! ! @ ! :&

7 ! 8 ! : > $ P/IQ#

! 9! 9 5 = ! " H

C ! ! : $ P/IQ @ ! D @ ! H

= # $

(28)

0 -M 0

!"# $% &8 @ ! ! ! C ! H

! ! ! ! ! ! !

@ #

2.9.1 Implementação do Semicubo por Hardware

-#L ! !9 5 !

! ! B 5 ! #

B H ! ! ! # ! ! !

! D 9 B ! ! !

D ! ! $ ( S# > @

" 9 D ! ! H !

D ! ! B B 9

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" 8 6:) 7! !+ " 8# 0 !

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! ! @ @ " ! = "

B D ' & !"@ #

2.9.2 Obtenção dos Factores de Fórmula por Parabolóide

: ! : 7 -#L#/8 9 !

! 9 ! 5 B ! @ 9 5 !

0 ! ! ! ? 5 ! !

5 9 P/LQ# : B H ! !

(29)

0 -3 0

! + 7 -#38 ! ! ! 9

! ! # X ! ! !

@ # ! ! 0 ! D !

! ! ! #

Figura 2.8 – Aproximação ao hemisfério da Analogia de @usselt por um parabolóide.

: B ! + ! D ! ! ! ! ! !

/3. # : 0 5 " 9 " D

! B ! D @ + 5 ! D

? " #

, =1_{2 '}1₂ )₊ ) _JK3K )₊ )_{≤ 1} _7-#/L8

$ ! ! !" D B H 9 @ 7-#/L8# X

! ! ! ! ! % @ ! 9 ! ?

! @ = " D # : ! !

-#4# D 5C ! B ! ! ! 9 5

! C ! ! ! ! ! "

(30)

Figura 2.9 – Imagem

2.10 Mapeamento de Radi

' "

9 !

@ !

! D D !

)

D @ ! !

! ! 9

C ! ! !

! ! "

' ! 9

$ ! D 9

! !# : C !

! @ C

0 -4 0

magem gerada com um ângulo de visão de 180 graus

Radiosidade para Cor

! ! !

! #

D = C

! 7 . -LL8 #

!

! !

#

! P/2Q P/MQ

! ! !

9 C H ! ? D

9! @ 5! 5 ? D @ !

! @ 5! 9 !

@ D

graus. [15]

! @ 5

D

9 !

! !

P/MQ# : ! 0

! #

! ! #

! H ! !

(31)

0 E. 0

@ @ 5! ! -#/.# ' ! 9

9!0 D ! @ D

! @ ! 9 @ 5! # : ! 9 "

-#/. 9!0 " -#// ! C ?

D 9 @ 7-#/28 P/3Q#

"1MN1O"M = 1 ' NPQ!RST _7-#/28

$ C ! ? D D0 ! ! @ "

! ! # & ! ! 0 !

" " U# : ! " U ! C #

) " " V"WℎM @ 7-#/28 9!0 @ 7-#/M8#

! ! ! U #

"1MN1O"M = 1 ' NPQ!RST × Z _7-#/M8

' U ! @ ! " V"WℎM !

# ' ! ! ! #

" B " @ ! C @

!"@ " !# $ @ 9 9 ! D @

! #

Figura 2.10 – Gráfico de uma exponencial inversa semelhante à decomposição dos químicos presentes no filme de uma máquina fotográfica. O eixo das abcissas representa a quantidade de luz recebida e o eixo das ordenadas o químico restante.

(32)

0 E/ 0

3 Trabalho Relacionado

: 6 ! ! B ! 5 ! !#

! ! @ ! C ! ! ! !

B C ! # , @ !

! ! " D D ! D !

= ! ! ! #

$ ! ! ! !" @

6 ! ! ! 5 " #

C ! ! ! 5 @

! A # $ ! ! H !

@ ! B ! D ! ! @ !

" #

3.1 RadiosGL1

9 ! @ C " 6 # X !

!+ ! " 6 ! D

" ! ? ! #

: C ! ! !

6 # & ! ! ! ! ! ! !

# !9 ! !

5 ! ! ! ! ! #

E#/ 9 5 5 !

! ! H ) ! ( 6

D ! ! ! 9 05 #

/

(33)

0 E- 0

! ! ! 9 5 E#- D

! ! !

D ! #

Figura 3.1 – Onde se pode observar a combinação de cores ao longo da parede.

Figura 3.2 – Onde se pode observar as diferenças de intensidade ao longo da parede provocadas pela luz.

: ! & 6

5 ! #

$ ! ! ! ! ! C @

! ! ! ! "

C # ! + C !

#

: ) ! 5 !

! " ! ( ) # $ ! "

!" ! D @ !

! # & + $ : : P/4Q

! ! H ! #

3.2 Radvis: Radiosity Visualisation2

: " H @ ! ! 6 B

6 9 ! ! ! ! ! ! !

#

(34)

0 EE 0

$ D ! , )

6 : ! 6 & , G " @

6 # ! " #

: D ! D

! ! E#E " ! 9!

# & ! " 5 ! ! 7 " B 8

! ! ! ! ! ! ! " @ D !

" #

& 9! 5 ! ! 9 ! 9! 5

" @ @ 5 ! #

! 9 5 ! ! @

! ! ! ! #

Figura 3.3 – O interface do Radvis permite ao utilizador parametrizar os diversos algoritmos de Radiosidade.

: + ! " !9 @

(35)

0 EI 0 3.3 RRV: Radiosity Renderer and Visualizer3

? ! 6 ( 9 ! !+ # $ !

" 5 ) ! (

6 ! ! ! ! 0 #

! H =

" 6 # ) ! ! ! !

! C ! ! ! #

$ D ! 9! ! D ! H

: ! 6 ? ! 6 # X 5 D !

! ! 9 D #

: E#I ! ! ! D @ ! !

! # Y ! E#L ! ! +

#

! ! 5

D ! 7 E#28 !

7 E#M8# ! D D ! ! @

! ! 9 + 0 ! ! ! #

Figura 3.4 – Geometria inicial do ambiente virtual.

Figura 3.5 – Resultado da subdivisão de geometria para a aplicação do Algoritmo de Radiosidade.

E

(36)

0 EL 0 Figura 3.6 – Resultado da computação do Algoritmo de Radiosidade sem interpolação.

Figura 3.7 – Resultado final, com

interpolação nas superfícies.

! 6 ( 7, E#/8 ! 9! ! "

! 5 # ! " ! !

S) D ! 7# * # 8 @

! 5 ! H #

: H ! D ! " !

( " @ ! ! ! ! ! ) ! 6 #

! ! ! ! ! B ! ! !

(37)

0 E2 0

4 Arquitectura e Implementação

! ! B ! @ ! !

+ 76 $ : :8# ) !

! D H #

! ! + ! ! ! D @ C !

! H ! ! ! ! ! #

: = " ! 9! @

H ! : ! 6 &

! ! ! # ! B ! H @ ! ! !

! 5 ! ! @ ! @

! #

4.1 Módulo de Renderização de Radiosidade

$ !+ 6 D 6 9 " )

! ( 6 ! # !

! C A! ! @ ! #

& ! 9 "

0 ! @ # & 9! 9

" ! + ! H @ !

! #

: " @ + D

I#/# ! " !

(38)

0 EM 0

Figura 4.1 – Etapas que o protótipo percorre para aplicar o Modelo de Iluminação Global por Radiosidade.

& ) ! ( 6 D + 9

" !+ D C %

RE@DERER 0r inputFile outputFile [0hemiRes resolution] [0max@umIterations

numIterations] [0outputInterval numInterval] [0nearPlane nearValue] [0farPlane farValue]

$ F! inputFile outputFile + ! !

5 ! # X 5 !

F! resolution# : 9 L/- @ @

! ! C L/- L/- % # ! 9! 9 5 A!

!"C ! H : ! 6 & @ + D

F! max@umIterations# ! H

!0 #

$ + ? ! @ H ! !

# ! ! D

! ! # $ F! numInterval

! @ 7 A! H 8

#

Registar os resultados da computação

Interpolar os valores de radiosidade dos elementos

Aplicar o algoritmo progressivo de radiosidade

Calcular os factores de forma entre elementos

(39)

0 E3 0

! ? + ! 9 5

9 F! nearValue farValue F B

! # ! ! !

" ! ! ! ! !

! ! @ ! #

4.1.1 Obter informação sobre o ambiente virtual

' + 9 C ! ! !

! @ 9! ! ! 9

F! #

$ ! @ ! +,)) #

# $% P/4Q# : ! 9

! ! " # X ! - " !

H ! $ ( $ P/IQ# & 9! 9 !

S) @ D ! @ B ! 5 # : !

= ! ! E 7 C% N -#I4 E , ) C -./. ) < -..48 9 D

C ! ! #

$ $ : : ! H 7 I#-8 ! !

! ! # $ +

! ! library_geometries 7 I#E8

B ! F ! D @ !

$ : : " ! ! +

F # C ! " 7 I ? EI I#E8 @

! D ! ! % ! # C 7 E3 ? IE8

! ! ! B ! @ #

! ! F scene7 EM ? E3

I#I8 9 # : ! instance_visual_scene 9

+ ! D @ ! @ ! ! #

C ! @ ! ! 9 ! ! + ! !

" # $ + @ ! ! visual_scene7 - ?

(40)

0 E4 0

! # $ + ! visual_scene ! 9! !

B ! ! ! ! @ ! #

$ ! ! library_materials#

! " @ ! B #

+ ! ! ! D

! ! D# : ! D 9 @

! # $ B @ ! ! ! ! !

A D ! # ! ) ! (

6 ! 5 ! ! D D

C ! D A ! D D 9

5 ! D# , ! C ! 9!

5 #

Figura 4.2 – Excerto do ficheiro COLLADA onde estão presentes as principais secções.

: Scene + 9 " @ !

! ! # & D C !

! ColladaScene @ Scene ! ! ! !

" ? ! $ : :# !

! + " !

C #

$ $ : : D0 9 ! !

$) + $ ! # 9

" @ $ : : ! H #

X ! 9! " @ !

! ! ! D @

(41)

0 I. 0

Figura 4.3 – Exemplo de uma secção de um ficheiro COLLADA onde está descrita a geometria dos objectos do ambiente virtual.

(42)

0 I/ 0

: Scene ColladaScene " !

I#L# & @ + ! !

@ Scene# : ! ! !9 !

! ! " ! ! F +

! ! #

Figura 4.5 – Diagrama que mostra a relação entre a classe Scene e ColladaScene.

4.1.2 Preencher as matrizes dos Factores de Forma Delta

& ! ! + ! D

! ! ! ? ! #

Figura 4.6 – Representação gráfica da matriz do topo do

semicubo. Tons escuros

equivalem a valores perto de 0, tons claros a valores perto de 1.

(43)

0 I- 0

& ! 9 ! D ! 9 ! "

, -#L ! D + 9 # :

! 9 ! I#2 ! D @ 9 4.1 ! ?

5 @ ! ! # 9

# Y ! @ F D ! ? 5 ! 9!

! D ! I#M#

& ! @ 5 9 ! 9 " @ !

9 ! D 5 ! B /#

" 5 ! ! ! ! @ @

!# ! @ ! ! D #

$ ! ! @ 9 ! D #

: ! 6 & ! D !

C ! @ 5 9 C #

5 ! D ! D ! ! ! #

! " D @

! ! # !

! 9 ! F! + ! ! D !

! D # ) ! ! A! H 5 @ D

" ! ! H H C @ ! "

! D 9 /\ ! ! #

4.1.3 Calcular os factores de forma entre elementos

: ! ! 9 ! ! ! # 9

! @ ! ! ! D H ! D @ 9 ! D 5

! + #

! ! !

B ! I # B !

5 = " # $ + ! @ = "

! " , -#4#/#

& ! V W !

! ! ! B # : !

I

(44)

0 IE 0

! ! ! D ! '

" ! ! ! ! ! # & D A

! ' 9 " = " 7

9 $ ( 8# & D 9 " ! ,'. 7 N$8

! C + I#3# $ N$ +

D 9 " B @ # !

D ! 9 " ! !+ = "

! D 5C # ! C 7 L ? 4 I#38 !

E-5C !0 ! ! ! " !

D @ ! ! @ ! B 5 ?

# 9 " ! ! B @ !

! ! B # B ! 0 # 9

D /- ? /I I#3# ! 9 " C

B N$ @ 9 /M ? /4 I#3# $ !

I#4 ! N$# ! ! ! 9

C N$ ! "

5C C C ! #

& ! 9 ! B ! ! !

! # ! ! ! I#/. ! !

5C + ! ! ! # : ! 5C

! 9 5 H ! @ ! #

! 5C ! ! ! @ @ !# &

@ 9 " ) D !

7, I#/#-8# 5C ! ! ! !

) D ! # $ @ !

! D 9 @ 5C ! ! # ! !

! " 5C ! ! 9 " !

(45)

Figura 4.8 – Excerto de cód hardware gráfico para um

Figura 4 protótipo

0 II 0

de código que redirecciona o destino das imagen a um buffer na VRAM.

4.9 – Diagrama da configuração usada pe

ótipo para renderizar imagens .

agens renderizadas pelo

(46)

X " ! D 6 & ! ! + PatchViewFactorCache !

! ! C

! @

!

! !

! "

! # &

A

D +

D !

@ !8

Figura 4.10 – Ex dos elementos te único. @enhum do

0 IL 0

! D ! @ !

!

! " , -#I#

+ ! !

! I#//#

@ ! ! !

C $7 8# & "

@ @ ! ! # ,+ !

! ! #

! C ! ! # &

" ! D @ ! !

! ! !

! @ ! !

! !

! ! @

! ! ! #

Exemplo das Caixas Clássicas de Cornell, onde c ntos tem uma cor distinta. Esta cor serve de ident nhum dos tons de vermelho na imagem é exactament

: ! ! ! ! ! ! ! @ ! " ! ! ! ! ! # '

@ 7 !

(47)

0 I2 0

Figura 4.11 – Descrição da classe

PatchViewFactorCache, usada para

armazenar os factores de forma entre elementos.

4.1.4 Aplicar o Algoritmo de Radiosidade Progressiva

& ! ! +

: ! 6 & 7, -#M8# ! ! !

9 B 9 ! ! 9 ? !

" + ! #

& ! ! ! ! ! 9 # &

D ! ! @ 7I#/8

∆ $9 ! ! $ 3NK_$ " 5 ! $

$ ! ! $#

#= ∆ #× 3NK# 7I#/8

: + ! ! ! ! 9 " ?

# ! !

7, I#/#E8 9 @ ! !

! # ! ! 9 D

! 0 @ D #

$ ! ! & ! #

(48)

0 IM 0

! ! ! !A D :& !

$ )& 7, " 8 P-.Q 9 D ! B + ! !

! ! ! # : ! ! @

@ ! ! ! ! " : ! 6

& 7, -#M8 9 5 " #

4.1.5 Interpolar os valores de radiosidade dos elementos

: 9 ! ! ! @

! ! ! 5 0 ! B # :

! ! I#/I

I#/L# : + ! I#/2#

! 7, I#/#/8 ! 9 # : 5

! ! ! B ! @ ! H ! !

! ! @ @ B ! #

! ! 9 "

" ! B D

@ ! ! 0 ! ! #

! ! ! V " W ! !

ElementFactory ! I#/-# & B

! C ! ElementFactory@ !

B # ' ! ! 9 ! H ! 9 !

C 9 C ! D ElementFactory #

5 9

!9 getElementsWithVertexIndex9 ! # !9

! @ ! ! ! 5 # : D !9 !9

! ! !

(49)

0 I3 0

Figura 4.12 – Diagrama onde as classes que compõem relação Fábrica/Produto de elementos está representada, bem como os métodos públicos de cada uma delas.

4.1.6 Registar os resultados da computação

$ ! 9 !

+ $ : : ! ! !

! @ # & +

H ! 5 ! ! # !

asset 7 I#/E8 5 ! H

! + C ! authoring_tool7 I

I#/E8 " ! # !

! library_geometries 7 I#E8 ! !

" # ! ! !

(50)

0 I4 0

Figura 4.13 – Exemplo da secção de um ficheiro COLLADA onde estão descritas informações acerca da origem do ficheiro.

! H ! ! !+ 9

! ! 5 # : 9 $) @

!

+ ! S) D #

4.2 Módulo de Exposição

' + ) ! ( 6 !

9 D ! $ : : ! ! #

! ! D ! D @

! D # & ! D 9

" C ! # 9 ! ! @

" " , -#/.#

! C ! 9 D ! $ : :#

B" ! ! D # ' @ = @ !

! ! " @ @ ! ! D 0

! ! : !

6 & #

5 #

& C ! ! + 9 " "0 !

C %

(51)

0 L. 0

$ F! kValue 9 ! A! @ ! C !

! " , -#/.# $ F! inputFile outputFile

! ! 5 ! #

4.3 Módulo de Visualização

! ! ! 9

H ! C # !

! H $ : : ! !

! D ! : ! 6

& # @ @ @ ! ! $ : :

! D #

$ $) +

$ : : D ! D @ + ! 9! C !

D # D !

! 9 # " ! !

$ : : + #

& D 9 " "0 ! C %

VIEWER inputFile

: ! D0 # $

I#/#

Acção Descrição

Botão esquerdo do rato e arrastar 6 F! #

Botão direito do rato e arrastar ) F! #

Roda de deslocação : C ! T: F! #

W ) ! F! C SS#

S ) ! F! C SS#

A ) ! F! C ]]#

D ) ! F! C ]]#

X ) ! F! C ^^#

SPACE ) ! F! C ^^#

(52)

0 L/ 0

@ : ! ! F! #

Q T ! #

L T D #

Tabela 4.1 – Lista de controlos para manipular o ambiente virtual no visualizador.

4.4 Problemas e Soluções

$ ! I#/I I#/L I#/2 ! ! B

D ! 5 # X ! ! ! A D

! ! # $ ! 5

#

Figura 4.14 – Ambiente virtual que testa a dispersão da luz numa superfície sem interpolação entre elementos.

Figura 4.15 – Ambiente virtual que testa a dispersão da luz com alguns artefactos corrigidos.

! ! I#/I I#/L C ! ! !

D 5 # : ! D ! D

! 9 5 I#/I# : !

! ! /# ' ! D 9

! ! I#/L#

: I#/2 ! ! D + !

! # X ! 5 ! D

5 D ! C ! ! ! ; C # X

! ! ; ! @ ! # !

(53)

0 L- 0

! ! ! # : ! ! I#/2

! # & ! !

! ! ! P4 # 3203MQ#

Figura 4.16 – Ambiente virtual que testa a dispersão da luz, com interpolação entre elementos.

$ ! ! ! I#/M I#/3 9 !

! ! D 9 ! 5

! D # $ @ ! !

D 5 # 5 !

# & 9 5 ! ! D

! +C ! @ 9 ! 5 ! !

(54)

0 LE 0 Figura 4.17 – Ambiente virtual que testa a transferência de cor entre superfícies.

Figura 4.18 – Influência que as paredes coloridas têm na superfície do chão.

: ! ! I#/4 ! ! ! ! D# : D

@ ! !

@ # @ ! !

D ! # : ! ' N$ 7 , I#/#E8 9

! ! # $ ! ! ! ! ! ! "

! ! I#-. D ! !

#

Figura 4.19 – Ambiente virtual onde está presente um erro na distribuição da luz.

Figura 4.20 – Ambiente virtual sem problemas

(55)

0 LI 0

5 Testes e Resultados

! ! B D

# $ + F! #

! ! ! ! @ ) ! (

6 ! ! #

$ ! L#/ ! + 5

0 # : D ! ! ! !

! ! D H ! ! C

C ! ! #

! ! ! %

“Parede”: ! 9 5 ! !

! D # $ @

9 ! ! D ! 5 D

! # ! 9 5

I.43 ! 7 L#/0 8#

“Xadrez”: ! 9 5 ! !

! ! C ! C D# : ! 9

# ! ! 0

! ! ! C D

D ! C # ! 9

5 -/E. ! 7 L#/0 8#

“Caixas de Cornell”: 9 ! " C ! # X

! ! 9 ! ! !

# ! ! A !

0 ! ! @ ! # 5

! H ! ! ! PLQ#

(56)

a)

Figura

b)

c)

0 LL 0

igura 5.1 – Ambientes virtuais com iluminação . a) Parede. b) Xadrez. c) Caixas de Cornell.

(57)

0 L2 0 5.1 Qualidade

) ! ( 6

5 ! ! ! D ! # : ! !

@ ! ! ! 9 ! @ !

! ! ! @ # 9

! ! @ ! D ! # $

! ! ! 9 ! ! !

! F ! ! ! D#

: L#-0 ! V& W 7 L#/0 8 D

# : D 5 ! ! !

! ! 5 # : D 7@ 9 5 ! 8

" ! # D !

5 # : @ 9 5 ! ! ! ! D

B # ! ! ) D

! 7, I#/#-8 ! @ F /3.1 ! ? 5

! ! +C ! D 7 I#M8 @ !

! H ! D !

#

: ) ! ( 6

+ ! ! D ! ! ! ! H ! !

! D ! ! ! # & ! @ ! +

!5 9 ! ! ! 9 # L#-0 9 5

! # ! ! ! ?

! # ' 9 9 "

9 ! 7, -#38# & 9! ! 9 5

C D # C

" D C D @ ! 9 " #

$ ! L#-0 9 ! C ! " ! !

) ! ( 6 # 9 5 ! D

! 5 + ! @

(58)

a)

Figura radiosi

b)

c)

0 LM 0

igura 5.2 – Ambientes virtuais com iluminação adiosidade. a) Parede. b) Xadrez. c) Caixas de Corne

(59)

0 L3 0

: ! L#-0 + ! ?

D# ! ! ! 9

! # : 9

! ! ' P4Q # ' P2Q#

! 7

! D8 ! # , ! ! !

@ !5 ! D @ ! !

! B # , +! !

@ D ! 0 ) ! (

6 #

5.2 Desempenho

! ! ! " ) !

( 6 ! ! 9 ! # $

= ! " , -#4 ! D

@ ! D ! !9 # + ! !

= " ! D ! !

D : ! 6 & #

$ ! ! ! ! !

--#I(GD I(N 6:) ! " > : ( ( S -2.# $ !

_ = > E- ! , & J -#

! ! ! !+ # : ! ! !

0 9 ! D # : ! ? B

! ! @ P: NQ PN :Q ! ! 9

! ! : N# $ !

L#/#

: ! D ! !

@ ! # ! 9 ! ! !

! ! # $ !

(60)

0 L4 0 Estruturação em Mapa

Ambiente virtual #1 ! ! P! Q ) !+ P)NQ

Parede I.43 /LM#/7E8 /EM

Xadrez -/E. I#-728 -I

Caixas de Cornell E3I- -2I#337E8 /43

Tabela 5.1 – Resultados obtidos com o armazenamento dos factores usando uma estrutura do tipo mapa.

Estruturação em Lista

Ambiente virtual #1 ! ! P! Q ) !+ P)NQ

Parede I.43 E#M -/2

Xadrez -/E. /#/37E8 -3

Caixas de Cornell E3I- M#I7E8 E-L

Tabela 5.2 – Resultados obtidos com o armazenamento dos factores de forma directamente nos elementos, usando uma estrutura do tipo lista.

$ ! ! + ! ! ! !

! ! ! " L#E# :

9 @ ! ! !

! # ! ! ! ! ! ! @ !

! D ! @ ! @ !

B # : !

! !+ ! 7 L#I8# F

! @ ! D ! !# ! !

! B ! B D +

! # " L#I 9 5

@ ! ! !+ B C ! ! " @ ! ! !+

C @ +// * ) ' ! D #

: ! ! ! !+ 76:) >6:)8 !

! ! ! " ! !

! ! C # & 9! @ ! 9 ! C C ! !+

! D 9 " B 9 #

! 5 ! D ! # !

! ! !+ C ! ! ! ?

(61)

0 2. 0

D ! ! ! !

C B P-/Q#

Figura 5.3 – Comparação dos tempos de renderização entre as duas estruturas de dados.

Figura 5.4 – Comparação da memória consumida durante a renderização, usando as duas estruturas de dados.

0 50 100 150 200 250 300

Parede Xadrez Caixas de Cornell

M in u to s

Tempo

Mapa Lista 0 50 100 150 200 250 300 350

Parede Xadrez Caixas de Cornell

(62)

0 2/ 0

6 Conclusão

: ) ! ( 6

# & ! "

+ ! + D D ! D

! # & 9! + ! ! ! !+ @ !

! ! ! C #

! = " D ! D !

9 9 " @ D ! !

! ! ! # : +

: ! 6 & ! # P4Q D

= " ! ! ! !

! #

! + ! C ! ! !

+ ? ! H 6 7, E8# $

! + D D # ) ! ! !

! ! 0 # ! " ? H !

$ : : P/4Q 5 ! + @

H ! ! ! D

# ! D ! @ !

$ : : ! "

! D @ ! ! B

! D ! = " # & @ @ @

D H ! D !

" D ! ! !

! # ! ! ! !

C ? ! @ " #

!0 ! ! ! ! D @ @

(63)

0 2- 0 6.1 Trabalho Futuro

: ! ! @ ! !

! ! @ ! # !

B ! # 0

! #

6.1.1 Profundidade de campo na visualização dos ambientes virtuais

$ ) ! ( 6 " ! 5

0 @ D ! ! D# ! !

D ! ! ! 5 @ ! 5 ! #

! @ ! ! 9 C 9

! ! B 0 F # ! !

D ! ! ! C !#

: ! ! ! P--Q P-EQ 9!

! ! ! ! 9 5 B

! #

! ! ! ! 0 ! !

! ! B ! D ! ! D @

9 " ! ! D @

# ! ! ! ! 0 !

! D ! @ B ! !

! #

6.1.2 Uso de BSP no acesso e armazenamento dos factores de forma

: ! ! + ! ! ! !+

D # ! ! D

PatchViewFactorCache ! ! !+ ! ! !

! # ! H

! H @ ! ! ! ! #

$ ! " N,& 7 8 C5

(64)

0 2E 0

! B ! ! ! " !

! ! ! # ! !

! D ! ! D ! ! ? ! @

PatchViewFactorCache.

6.1.3 Obtenção dos Factores de Forma por Parabolóide

: ! 9 ! ! D

@ !9 ! ! ! !

! A! # : D = " !

# ! !

! D ! D ! 7 ! 8 !

! #

$ B 5 + 9 ! 9 @ ! C

! CH ! ! 0 P/LQ# 9 ! D B H @

! ! 9 B H @ +

! ! E2.1#

& D ! ! ! ! ! B

! + ! !# ! 9 ? !

B ! = "

! ! " ! #

6.1.4 Implementação total em GPU (Graphics Processing Unit)

! ! ! , -#4 ! H

! " (& #

*" C ! H @ ! ! ! 0 ! !

@ @ @ ! # ! C ! " ! 0

& P-IQ# !9 P3Q ! D !

- ! C ! /.... ! #

! ! ! ! ! (& ! ! !

! # ! (& ? >6:) 9 B"

" A ! >6:) 6:)# $

(65)

0 2I 0

! ( 6 # : H $ P/IQ ! !

D ! ! F $ $ ( # C ! ! !

! = J # ! $ " "

$ ( #

! ! ) ! ( 6 ! @ !

$ # @ 9 ! D

@ ! H #

@ ! D0 9 1 @ ! "

! !+ ! # 9! H

! 9! 9 " ! ! D #

! 5

(66)

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7 Anexos

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7.1 Ângulo Sólido Diferencial

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(67)

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8 Bibliografia

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