Luz y Color

Computación Gráfica AvanzadaIngeniería en Computación

Facultad de Ingeniería - Universidad de la República

Luis Ignacio Perdomo Bertón

● Física de la luz● Cantidades (Cómo medimos la luz?)

○ Radiometría○ Colorimetría

● De la escena a la pantalla

2

Introducción

Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color

Temas

12/11/2020

CoreggioLa natividad. 1530

NintendoLuigi’s Mansion. 2001

3

Introducción

Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color12/11/2020

Gerhard Richter y Sonic YouthKerze. 1988

Física

Propagación

λ

Polarizada linealmente No PolarizadaPolyMono

a

v

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Espectro visible ó

LuzComparación de longitudes de onda con un hilo de tela de araña.

Física

Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color 512/11/2020

Física

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Constructiva Destructiva Incoherente

Energía=ka²

aMonocromatica

≡ Σ

⋮

Policromatica

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Emisión y Scattering

Física

● Absorbida● Reflejada● Refractada

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Medio

V₀ = λ₀ / T V₁ = λ₁ / T

n = V₀ / V₁

Medio absorbente

Calor

Calor

Calor

Calor

CalorCalor

Física

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Superficie

Reflejado

Refractado

Absorbido en superficies opacas.

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Física

θᵢθᵢ

θₜ

Ley de Snell:sin(θₜ) = n₁sin(θᵢ)/n₂

Realidad (Microgeometrías)

Rendering Interfaz n₁

n₂

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Fotometría →

Medir lo que el ojo capta

��Colorimetría

Medir lo que el cerebro interpreta

🧠Radiometría →

Medir comportamiento físico

∿

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Cantidades

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Mide: Radiacion electromagnetica

E

n

Irradiancia, dΦ/dA, E.

Φ

Potencia ≈ Flujo Radiante, Φ.

Radiancia, dΦ²/dAdω, L. 👁 🎥!

��L

ω

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Cantidades → Radiometría

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Radiancia en el rendering

x

🎥Lₒ(x,d)

d

x

🎥Lᵢ(x,d)

d

🎥 🎥

Misma radiancia, menos pixeles

Propiedad: La radiancia no se ve afectada por la distancia

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Cantidades → Radiometría

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🎥

Difusa

Especular

BRDF Especular y Difuso

f(l,v) → (R,G,B)BRDF:

Radiancia en el rendering

x

🎥Lᵢ(x,-v) = Lₒ(p,v)

v

p

Lᵢ(x,-v) = Lₒ(p,v)

f(l,v) = f(v,l) Limitaciones del BRDF:● Reciprocidad de Helmholtz● Conservación de la energía

Cantidades → Radiometría

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Lₒ(p,v)= ∫ f(l,v)Lᵢ(p,l)(n.l)dlI∈Ω

Ecuación de reflectancia:

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Radiancia en el rendering

1 2 3

4 5 6

Ejemplos de BRDFs.Línea verde → dirección de la luzLínea “punteada” blanca →direccion de reflexión1 - Lambertian2 - Lambertian + Blinn-Phong3 - Cook-Torrance4 - Ward5 - Hapke/Lommel-Seeliger 6 - Lommel-Seeliger

Cantidades → Radiometría

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La Camara

Camara normal Camara estenopeica

Rendering

Cantidades → Radiometría

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👁

Para mi son lo

mismo...

Spectral power distribution (SPD)

Ene

rgía

Led Verde

Proyector mostrando una imagen blanca

Luz blanca neutral

Todas las cantidades que estuvimos viendo tienen una SPD(para rendering mejor usar RGB)

Cantidades → Radiometría

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Luz��Color→

��∿∿∿

∿∿

∿∿∿

∿

∿∿∿∿

Es una buena idea utilizar tres valores para representar un color en particular.

Cantidades → Colorimetría

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Experimento CIE (Commission Internationale d’Eclairage)

��

Cantidades → Colorimetría

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ẋ(λ),ẏ(λ),ż(λ)

Solucion: luces hipoteticas

Problema: energias negativas

780 780 780

Dado un SPD (s)∫

380

s(λ)ẋ(λ)dλX= ∫380

s(λ)ẏ(λ)dλY= ∫380

s(λ)ż(λ)dλZ=→

Cantidades → Colorimetría

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X _X + Y + Z

x = Y _X + Y + Z

y = z = 1 - x - ySe proyectan los colores en un plano.z no aporta información.

dw→xy

dw→ I (x,y)

Saturación =

I

dw→xy

dw→ I

Matiz = I

Cantidades → Colorimetría

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sRGB → Mayoría de monitores. HDTV.

DCI-P3 → iPhones y Macs. UHD.

ACEScg → Creado por AMPAS para usarlo como working color space.

Cantidades → Colorimetría

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Tone Mapping

Rendering Tone Mapping

Display Encoding

Valores lineales de radiancia de

la escena

Display ��Valores lineales de radiancia del

dispositivo

Valores no lineales de radiancia del

dispositivo

Valores de radiancia emitidas por el dispositivo

Referida a la escena Referida al dispositivo

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De la escena a la pantalla

����Escena real Imagen

percibidaImagen reproducida

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Tone reproduction transform Escena Display→

1 clipping, 2 Reinhard,3 Duiker, 4 Frostbite

Otros ejemplos: Drago, Hable (Uncharted 2)Linear map vs Reinhard tone reproduction operator.Photographic Tone Reproduction for Digital Images. Erik Reinhard.

f:

1 2

De la escena a la pantalla

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Academy Color Encoding System (ACES)

OCES.Espacio neutral.

Referida a la escena Referida al dispositivo

RRT ODT

Valores lineales de radiancia del

display

Valores lineales de radiancia de

la escena

Por defecto: Soportado:Propuesto para:

CineTelevisión

De la escena a la pantalla

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Gracias por su atención

Luis Ignacio Perdomo Bertón