Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wojciech Toman. Podstawowa teoria dotycząca wody Dotychczasowe podejście do renderingu wody Rendering przy wykorzystaniu prezentowanej techniki Wady i.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wojciech Toman. Podstawowa teoria dotycząca wody Dotychczasowe podejście do renderingu wody Rendering przy wykorzystaniu prezentowanej techniki Wady i."— Zapis prezentacji:

1 Wojciech Toman

2 Podstawowa teoria dotycząca wody Dotychczasowe podejście do renderingu wody Rendering przy wykorzystaniu prezentowanej techniki Wady i zalety prezentowanego rozwiązania Demo i rezultaty

3 Podstawowa teoria dotycząca wody

4 Wady istniejących modeli formalnych Żaden nie jest adekwatny Zbyt duża złożoność obliczeniowa do zastosowania w grach Konieczność znalezienia innego rozwiązania Symulacja rozchodzenia się fal np. za pomocą FFT (Fast Fourier Transform) Prawdziwy i postrzegany kolor wody Zjawisko odbicia i załamania światła Zanik barw wraz z głębokością

5 Skład chemiczny wody i dna Obecność materii organicznej (np. glony, plankton, szczątki) oraz nieorganicznej (np. skały, wraki) Kolor nieba i pora dnia Prawdziwy kolor – czysta woda bez dodatkowych związków chemicznych – lekko niebieski, nie biały/przezroczysty

6 Promień światła padając na granicę ośrodków ulega odbiciu i załamaniu: promień światła wektor normalny promień załamany promień odbity ośrodek A ośrodek B αα

7 Zależność Fresnela: Mówi jaki stopień padającego światła ulega odbiciu a jaki załamaniu i transmisji przez ośrodek Prawdziwa tylko dla dwóch ośrodków o różnej gęstości Układ powietrze – woda spełnia te warunki Układ powietrze – szyba nie (w rzeczywistości trzy ośrodki) Indeks załamania dla wody: IOR = 1,33333

8 Wzór Fresnela: Gdzie: Zbyt skomplikowany by liczyć go per-pixel Niemal doskonała aproksymacja: Często stosowana w praktyce R(0) jest stałą

9 Założenie: woda jest jednorodna na całej głębokości Duże uproszczenie, ale wystarczające dla naszych potrzeb - powyżej powierzchni wody jest to niezauważalne Światło widzialne zanika liniowo wraz z głębokością Tempo zaniku jest inne dla każdej składowej światła widzialnego, co wynika z różnych długości fal Najważniejszy czynnik wpływający na kolor wody obok rozpraszania światła przez cząsteczki zawarte w wodzie Nie wpływa na prawdziwy kolor wody Ciekawostka: podczerwień i ultrafiolet zanikają praktycznie przy powierzchni wody

10

11

12 Dotychczasowe podejście do renderingu wody

13 Normal-mapping z odbiciami i refrakcją Wykorzystuje geometrię w postaci płaszczyzny Nadaje się tylko do prezentacji jezior – woda jest tylko pomarszczona Projected-grid lub vertex texture fetch Wykorzystuje gęstą siatkę wierzchołków Możliwość uzyskania realistycznych i wysokich fal przy odpowiednio gęstej siatce

14 Ostre brzegi – nierealistyczne przejście między powierzchnią wody a lądem Nie istnieją w naturze bez względu na gęstość cieczy Nierealistyczny zanik barw wraz z głębokością Brak informacji o głębokości akwenu Dla uzyskania dobrej jakości fal wymagana jest gęsta siatka wierzchołków Brak elastyczności Zalecane stosowanie technik LOD

15 Rendering przy wykorzystaniu omawianej techniki

16 Cel: Wyeliminować problemy wymienione wcześniej Uzyskać efektywne i elastyczne rozwiązanie Sposób realizacji: Woda rysowana jako efekt post-process Fale Wyznaczenie wektorów normalnych Odbicie i załamanie światła Odblaski od światła globalnego Zanik barw wraz z głębokością Piana

17 Całkowity brak geometrii Dostępne dane o głębokości akwenu w dowolnym jego punkcie Naturalne podejście w przypadku deferred shadingu Możliwość wykorzystania również w przypadku forward renderingu

18 Operując na buforze geometrii, dokonujemy faktycznej modyfikacji geometrii Można zmienić każdy obiekt lub utworzyć całkowicie nową geometrię Tekstura przechowująca dane o położeniu może być traktowana jako tekstura głębokości akwenu Algorytm polega na wytłoczeniu fal w kierunku patrzenia poprzez śledzenie promieni

19 Dla każdego punktu wody wykonywanych jest n iteracji W każdej z nich height-mapa jest samplowana Fale są wytłaczane w kierunku patrzenia o pobraną wartość Modyfikacji ulega aktualna wysokość lustra wody Znajdowane jest przecięcie pomiędzy aktualnym lustrem wody a wektorem patrzenia – wynik to nowe koordynaty tekstur do samplowania height-mapy

20 Brak wektorów normalnych! Liczymy je tak jak dla terenu: N = {w – e, 2d, s – n} w, e, s, n – wartości pobrane z height-mapy dla sąsiadów Normal-mapping Brak wektorów binormalnych i stycznych Można je wyznaczyć w sposób przybliżony w pixel shaderze Kilkanaście dodatkowych instrukcji Znaczny wzrost jakości wody Kilkukrotne samplowanie mapy normalnych pozwala uzyskać małe i duże fale interferujące ze sobą Zgodne z naturą Dalszy wzrost jakości wody

21 Wyznaczenie tangent-frame (sposób autorstwa Schulera): gdzie: Normal – wektor normalny, wektor wyznaczony przed chwilą, Position – pozycja punktu w przestrzeni świata, UV – koordynaty tekstur. float3x3 compute_tangent_frame(float3 Normal, float3 View, float2 UV) { float3 dp1 = ddx(View); float3 dp2 = ddy(View); float2 duv1 = ddx(UV); float2 duv2 = ddy(UV); float3x3 M = float3x3(dp1, dp2, cross(dp1, dp2)); float2x3 inverseM = float2x3(cross(M[1], M[2]), cross(M[2], M[0])); float3 Tangent = mul(float2(duv1.x, duv2.x), inverseM); float3 Binormal = mul(float2(duv1.y, duv2.y), inverseM); return float3x3(normalize(Tangent), normalize(Binormal), Normal); }

22 Odbicie musi zostać wyrenderowane do tekstury w sposób klasyczny Zastosowanie płaszczyzny przycinania Dla załamania można wykorzystać zawartość bufora ramki Wiele efektów post-process tę informacje wykorzystuje Niewielki wpływ na jakość Pozwala uniknąć renderingu do kolejnej tekstury

23 Rendering odbicia: lustro wody wektor forward zmodyfikowany wektor forward H H

24 Jedynie od słońca Brak pozostałych jest mało zauważalny Woda ma bardzo wysoką połyskliwość Bardzo dobre wyniki dla następującego kodu: half3 mirrorEye = (2.0 * dot(eyeVecNorm, normal) * normal -eyeVecNorm); half dotSpec = saturate(dot(mirrorEye.xyz, -lightDir) * ); specular = (1.0 - fresnel) * saturate(-lightDir.y) * ((pow(dotSpec, 512.0)) * (shininess * )); specular += specular * 25 * saturate(shininess );

25 Dwa zjawiska Zanik koloru wraz z głębokością Zanik koloru wzdłuż wektora patrzenia – przejrzystość (widoczność) pozioma Trzy składowe r, g, b: Przykładowy wektor zaniku: [4.5; 75; 300] Prawidłowy dla czystych wód Dla jezior, rzek wymagana jest jego modyfikacja (np. [5; 40; 30]), aby dominował kolor zielony Pominięcie pozostałych składowych nie pogarsza końcowego efektu

26 Uwzględnienie prawdziwego koloru wody: Gdzie: surfaceColor – kolor powierzchni (prawdziwy kolor wody), depthColor – kolor głębi. Zwykle czarny. Jeśli jest szary woda będzie przypominała mętną, wykorzystaniu akumulacji wody A – ilości wody przez którą przechodzi promień światła wprowadzeniu widoczności poziomej visibility. Im mniejsza wartość tego parametru tym woda będzie mniej przejrzysta. Uzyskany kolor to ostateczny kolor dla załamania światła

27 Zmieszanie refrakcji i odbić w stopniu określonym przez wartość z zależności Fresnela Dodanie odblasków do wyniku Ponowne zmieszanie koloru z refrakcją w stopniu określonym przez akumulację wody Zapewnia miękkie brzegi

28 Woda po dodaniu opisywanych elementów. Woda wygląda dobrze, ale nadal nie idealnie Aktualny wygląd wody

29 Powstająca przy brzegu Występuje pomiędzy głębokościami 0, a H1. Od H1 do H2 całkowicie zanika. Powstająca na szczycie wysokich fal w wyniku ich załamania Gdzie: H – aktualna wysokość ponad poziomem bazowym wody H0 – wysokość, na której pojawia się piana Hmax – maksymalna wysokość, do której pojawia się piana Zapewnia interakcję pomiędzy sceną a wodą Obiekty wpadające do wody powodują pojawienie się piany Fale rozbijają się o skały i brzeg

30 Dodanie piany wydatnie polepszyło jakość wody, a ponadto sprawiło że obraz stał się cieplejszy Piana

31 Wady i zalety

32 Dodatkowo zwiększa fill-rate Woda nie najlepiej wygląda przy ostrych kątach Światła lokalne nie wpływają na wygląd wody

33 Model oparty głównie na obserwacji Uzyskano rozwiązanie elastyczne – można uzyskać wody od mętnych jezior po krystaliczne morza tropikalne Położenie i rozmiar akwenu można opisać w pixel shaderze Wyeliminowana większość wad typowych rozwiązań

34 Demo i rezultaty

35 Dostępne na: - kilka filmów prezentujących wodę Pełny kod źródłowy Implementacja w HLSL + DirectX 9.0 Wykorzystuje mój prywatny framework

36 Przykładowa scena uzyskana za pomocą przedstawionej techniki. Obszary o głębszej wodzie są wyraźnie ciemniejsze (granatowe). Tam gdzie jest płyciej woda jest turkusowa Rezultaty

37 Przykładowa scena uzyskana za pomocą przedstawionej techniki. Przy brzegu widać zanik światła i szybkie przejście do głębi Rezultaty

38 Rozwiązanie jest na tyle elastyczne, że pozwala osiągnąć również wodę, która będzie przypominała nieco mętną Rezultaty

39 Woda wygląda również realistycznie o innych porach dnia – odbicia od nieba i chmur są prawidłowe, a ponadto fale z tej odległości i pod tym kątem są niezauważalne Rezultaty


Pobierz ppt "Wojciech Toman. Podstawowa teoria dotycząca wody Dotychczasowe podejście do renderingu wody Rendering przy wykorzystaniu prezentowanej techniki Wady i."

Podobne prezentacje


Reklamy Google