Iluminação e FotoRealismo

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Iluminação e FotoRealismo

Mestrado de Informática

Unidade Curricular de Especialização: Computação Gráfica Luís Paulo Santos1

Resumo

Competências

Os formandos devem desenvolver as seguintes competências com a frequência deste módulo:

• Caracterizar a iluminação global e descrever os vários estágios do processo de síntese e visualização de imagens;

• Explicar a equação de rendering e discutir o significado de cada um dos seus factores; • Relacionar os vários métodos de iluminação global com o modelo geral sustentado

pela equação de rendering, inferindo quais os fenómenos de iluminação modelados; • Projectar, implementar e avaliar soluções para novos problemas de iluminação por

recombinação de soluções conhecidas;

• Reconhecer as limitações funcionais e/ou de desempenho associadas a cada algoritmo de iluminação global.

Adicionalmente, pretende-se desenvolver a seguinte competência transversal:

• Exibir uma capacidade de comunicação escrita e oral adequada, promovendo a linguagem como ferramenta de expressão e construção de pensamentos, ideias e argumentos próprios, alicerçados no espírito crítico;

Programa

1. Introdução

1.1. Iluminação Global de Alta Fidelidade 1.2. Aplicações

1.3. O processo de Síntese de Imagem 1.3.1. Modelação

1.3.2. Interacção e Transporte de Luz 1.3.3. Visualização

2. A Natureza e Representação da Luz

2.1. Óptica Geométrica, Electromagnética e Quântica 2.2. Radiometria

2.3. Fotometria

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3. A BRDF e a equação de rendering 4. Ray Tracing 4.1. Princípio 4.2. Entidades e fenómenos 4.2.1. Objectos 4.2.2. Fontes de Luz 4.2.3. Câmeras 4.2.4. Intersecções 4.2.5. Visibilidade 4.2.6. Interacção Luz-Material 4.2.7. Transporte 4.2.8. Recursividade 4.3. Whitted ray tracing 4.4. Ordenação espacial 5. Técnicas de Monte Carlo

5.1. Integração de Monte Carlo 5.1.1. Variância

5.1.2. Redução da variância 5.1.3. Roleta russa

5.2. Path tracing

5.3. Monte Carlo ray tracing 5.4. Ray tracing bidireccional 5.5. Subsurface scattering 6. Radiosidade 7. Iluminação Global 7.1. Cache de irradiância 7.2. Radiosidade Instantânea 7.3. Mapeamento de fotões

Bibliografia

“Physically Based Rendering: from Theory to Implementation”; Matt Pharr and Greg Humphreys; Morgan Kaufmann; ISBN: 0-12-553180-X; 2004

Avaliação

A avaliação final da UCE em Computação Gráfica está estruturada em 6 componentes, de acordo com o gráfico apresentado a seguir:

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A avaliação do módulo de “Iluminação e Fotorealismo”

final da UCE, assenta em 2 componentes: Avaliação Escrita e Projec como a classificação final será

O processo de Bolonha exige uma reformulação completa das metodologias de ensino/aprendizagem, dando maior ênfase ao trabalho do aluno e introduzindo, en

a aprendizagem baseada na solução de problemas, orientada a projectos. Pretende

contrapor a uma forma de ensino passiva e assente na transmissão de conhecimentos, um modelo mais participado, centrado na aquisição de competências e al

problemas/projectos concretos

1. Promover uma ética de rigor e responsabilidade, bem como hábitos de estudo regular, que facilitem o processo de transferência de conhecimentos de uma aula para a seguinte. Isso implica o recurso a tarefas concretas, que obrigam o aluno a envolver com os conteúdos e competências a adquirir, dos quais deve prestar contas com regularidade. Tal pode ser consubstanciado através do projecto, que deverá ter fases de acompanhamento re

2. Contrariar a atitude passiva e de reduzida disponibilidade para o esforço mental como exigir uma capacidade

linguagem como ferramenta de expressão e construção de pensamentos,

argumentos. Trata-se de modificar a situação de grande número de alunos, que apresentam um discurso oral muito pobre, feito de proposições inacabadas, vazio de ideias próprias, espírito crítico e argument

baseado na cópia das fontes disponíveis, sem estrutura interna ou externa e sem capacidade de síntese.

conteúdo do produto desenvolvido no âmbito do projecto, bem como do relatório escrito e apresentação oral associados ao mesmo;

3. Contrariar uma orientação de estudo para os momentos de avaliação, baseado na memorização em detrimento da compreensão, da análise, da síntese e da avaliação crítica. Pretende-se valorizar a expressão do conhecimento por pal

desvalorizando a memorização mecanicista sem discurso nem reflexão próprios. pode ser conseguido interpelando frequentemente os alunos com questões chave e de desenvolvimento durante as sessões expositivas, e atribuindo peso

15%

Avaliação Global da UCE

A avaliação do módulo de “Iluminação e Fotorealismo”, correspondente a 15% da classificação assenta em 2 componentes: Avaliação Escrita e Projecto. Esta estrutura e a forma como a classificação final será calculada justificam-se do seguinte modo:

O processo de Bolonha exige uma reformulação completa das metodologias de ensino/aprendizagem, dando maior ênfase ao trabalho do aluno e introduzindo, en

a aprendizagem baseada na solução de problemas, orientada a projectos. Pretende

contrapor a uma forma de ensino passiva e assente na transmissão de conhecimentos, um modelo mais participado, centrado na aquisição de competências e alicerçado na resolução de problemas/projectos concretos. Para tal é necessário:

Promover uma ética de rigor e responsabilidade, bem como hábitos de estudo regular, que facilitem o processo de transferência de conhecimentos de uma aula para a

implica o recurso a tarefas concretas, que obrigam o aluno a envolver com os conteúdos e competências a adquirir, dos quais deve prestar contas com regularidade. Tal pode ser consubstanciado através do projecto, que deverá ter fases de acompanhamento regulares pelo docente;

Contrariar a atitude passiva e de reduzida disponibilidade para o esforço mental como exigir uma capacidade de comunicação escrita e oral adequada

linguagem como ferramenta de expressão e construção de pensamentos,

se de modificar a situação de grande número de alunos, que apresentam um discurso oral muito pobre, feito de proposições inacabadas, vazio de espírito crítico e argumentos sólidos, bem como um discurso escrito seado na cópia das fontes disponíveis, sem estrutura interna ou externa e sem capacidade de síntese. Pretende-se prosseguir este objectivo avaliando a forma e o conteúdo do produto desenvolvido no âmbito do projecto, bem como do relatório

tação oral associados ao mesmo;

Contrariar uma orientação de estudo para os momentos de avaliação, baseado na memorização em detrimento da compreensão, da análise, da síntese e da avaliação

se valorizar a expressão do conhecimento por pal

desvalorizando a memorização mecanicista sem discurso nem reflexão próprios. pode ser conseguido interpelando frequentemente os alunos com questões chave e de desenvolvimento durante as sessões expositivas, e atribuindo peso

20%

15%

20%

Avaliação Global da UCE

a 15% da classificação to. Esta estrutura e a forma

O processo de Bolonha exige uma reformulação completa das metodologias de ensino/aprendizagem, dando maior ênfase ao trabalho do aluno e introduzindo, entre outras, a aprendizagem baseada na solução de problemas, orientada a projectos. Pretende-se, assim, contrapor a uma forma de ensino passiva e assente na transmissão de conhecimentos, um icerçado na resolução de

Promover uma ética de rigor e responsabilidade, bem como hábitos de estudo regular, que facilitem o processo de transferência de conhecimentos de uma aula para a implica o recurso a tarefas concretas, que obrigam o aluno a envolver-se com os conteúdos e competências a adquirir, dos quais deve prestar contas com regularidade. Tal pode ser consubstanciado através do projecto, que deverá ter fases

Contrariar a atitude passiva e de reduzida disponibilidade para o esforço mental, bem da, promovendo a linguagem como ferramenta de expressão e construção de pensamentos, ideias e se de modificar a situação de grande número de alunos, que apresentam um discurso oral muito pobre, feito de proposições inacabadas, vazio de , bem como um discurso escrito seado na cópia das fontes disponíveis, sem estrutura interna ou externa e sem se prosseguir este objectivo avaliando a forma e o conteúdo do produto desenvolvido no âmbito do projecto, bem como do relatório

Contrariar uma orientação de estudo para os momentos de avaliação, baseado na memorização em detrimento da compreensão, da análise, da síntese e da avaliação se valorizar a expressão do conhecimento por palavras próprias, desvalorizando a memorização mecanicista sem discurso nem reflexão próprios. Tal pode ser conseguido interpelando frequentemente os alunos com questões chave e de desenvolvimento durante as sessões expositivas, e atribuindo pesos significativos à

PI VC MV RVA IFR Exame

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classificação das capacidade avaliação.

[Texto adaptado de “O Processo de Bolonha: a construção da autonomia na aprendizagem”, Joaquim Sá, Universidade do Minho, Março, 2007]

A prova escrita terá um peso de 40% na classificação final,

e estrutura das respostas, bem como a capacidade de síntese e espírito crítico evidenciados.

O Projecto, com um peso total de 60%,

Escrito e pelo artefacto efectivamente desenvolvido, aqui designado por Produto. A Apresentação (20%) e o Relatório (25%) serão avaliados pela correcção científica, clareza, estrutura, capacidade de síntese e espírito crítico. O Produto (15%) será

valor tecnológico, capacidade de demonstração dos conceitos associados ao enunciado e originalidade.

Calendarização

Este secção inclui a calendarização das aulas e a calendarização do Projecto.

Calendarização das aulas

Data Sessão Tipo

28.Fev 1 T TP 06.Mar 2 T TP 3 T TP 40% 60%

Avaliação IFR

capacidades de expressão, síntese e crítica nos vários episódios de

erá um peso de 40% na classificação final, sendo avaliadas a correcção, clareza e estrutura das respostas, bem como a capacidade de síntese e espírito crítico evidenciados.

O Projecto, com um peso total de 60%, é constituído pela Apresentação Oral, pelo R

Escrito e pelo artefacto efectivamente desenvolvido, aqui designado por Produto. A Apresentação (20%) e o Relatório (25%) serão avaliados pela correcção científica, clareza, estrutura, capacidade de síntese e espírito crítico. O Produto (15%) será avaliado pelo seu valor tecnológico, capacidade de demonstração dos conceitos associados ao enunciado e

Este secção inclui a calendarização das aulas e a calendarização do Projecto.

Calendarização das aulas

Conteúdo 1 - Introdução: (1.1, 1.2, 1.3) pbrt: Familiarização . rendering . cenas . tone mapping

2 - A Natureza e Representação da Luz (2.1, 2.2, 2.3

3 - A BRDF e a equação de rendering pbrt: . . materiais 4 - Ray Tracing pbrt:

Avaliação IFR

Prova Escrita Projecto 20% 25% 15%

Projecto

de expressão, síntese e crítica nos vários episódios de

a correcção, clareza e estrutura das respostas, bem como a capacidade de síntese e espírito crítico evidenciados.

é constituído pela Apresentação Oral, pelo Relatório Escrito e pelo artefacto efectivamente desenvolvido, aqui designado por Produto. A Apresentação (20%) e o Relatório (25%) serão avaliados pela correcção científica, clareza, avaliado pelo seu valor tecnológico, capacidade de demonstração dos conceitos associados ao enunciado e

2.1, 2.2, 2.3)

Projecto

Apresentação Relatório Produto

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Data Sessão Tipo Conteúdo

. surface integrators elementares . Whitted surface integrator 13.Mar 4 T 4 - Ray Tracing (continuação)

TP pbrt: Whitted surface integrator

20.Mar Páscoa

27.Mar 5 T 5 - Técnicas de Monte Carlo (5.1, 5.2) TP pbrt: stochastic surface integrators 03.Abr 6 T 5 - Técnicas de Monte Carlo (5.3)

TP pbrt: stochastic surface integrators

10.Abr

7 T 5 - Técnicas de Monte Carlo (5.4, 5.5) TP pbrt: stochastic surface integrators 8 T 6 - Radiosidade TP Projecto 17.Abr Eurographics 2008 24.Abr 9 T 7 – Iluminação Global 7.1 – Cache de Irradiância TP pbrt: Cache de irradiância 01.Mai Feriado 08.Mai 10 T 7 – Iluminação Global 7.2 – Cache de Irradiância TP pbrt: Radiosidade Instantânea

15.Mai Enterro da Gata

22.Mai Feriado 29.Mai 11 T 7 – Iluminação Global 7.3 – Mapeamento de fotões TP pbrt: mapeamento de fotões 12 Aval. Projecto: Apresentação 05.Jun Estudo e Avaliação 12.Jun Estudo e Avaliação 19.Jun Estudo e Avaliação 26.Jun Estudo e Avaliação 03.Jul Estudo e Avaliação 10.Jul Estudo e Avaliação 17.Jul Estudo e Avaliação

Calendarização do Projecto

Data Descrição

06.Mar Selecção de enunciado 03.Abr Relatório Preliminar 29.Mai Apresentação Final