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
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color 412/11/2020
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
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color
Constructiva Destructiva Incoherente
Energía=ka²
aMonocromatica
≡ Σ
⋮
Policromatica
12/11/2020 6
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color
Emisión y Scattering
Física
● Absorbida● Reflejada● Refractada
12/11/2020 7
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color
Medio
V₀ = λ₀ / T V₁ = λ₁ / T
n = V₀ / V₁
Medio absorbente
Calor
Calor
Calor
Calor
CalorCalor
Física
12/11/2020 8
Superficie
Reflejado
Refractado
Absorbido en superficies opacas.
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color
Física
θᵢθᵢ
θₜ
Ley de Snell:sin(θₜ) = n₁sin(θᵢ)/n₂
Realidad (Microgeometrías)
Rendering Interfaz n₁
n₂
12/11/2020 9
Fotometría →
Medir lo que el ojo capta
��Colorimetría
Medir lo que el cerebro interpreta
🧠Radiometría →
Medir comportamiento físico
∿
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color
Cantidades
12/11/2020 10
Mide: Radiacion electromagnetica
E
n
Irradiancia, dΦ/dA, E.
Φ
Potencia ≈ Flujo Radiante, Φ.
Radiancia, dΦ²/dAdω, L. 👁 🎥!
��L
ω
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color
Cantidades → Radiometría
12/11/2020 11
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
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color
Cantidades → Radiometría
12/11/2020 12
🎥
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
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color
Lₒ(p,v)= ∫ f(l,v)Lᵢ(p,l)(n.l)dlI∈Ω
Ecuación de reflectancia:
12/11/2020 13
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
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color12/11/2020 14
La Camara
Camara normal Camara estenopeica
Rendering
Cantidades → Radiometría
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color12/11/2020 15
👁
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
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color12/11/2020 16
Luz��Color→
��∿∿∿
∿∿
∿∿∿
∿
∿∿∿∿
Es una buena idea utilizar tres valores para representar un color en particular.
Cantidades → Colorimetría
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color12/11/2020 17
Experimento CIE (Commission Internationale d’Eclairage)
��
Cantidades → Colorimetría
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color12/11/2020 18
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
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color12/11/2020 19
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
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color12/11/2020 20
sRGB → Mayoría de monitores. HDTV.
DCI-P3 → iPhones y Macs. UHD.
ACEScg → Creado por AMPAS para usarlo como working color space.
Cantidades → Colorimetría
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color12/11/2020 21
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
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color
De la escena a la pantalla
����Escena real Imagen
percibidaImagen reproducida
12/11/2020 22
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
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color12/11/2020 23
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
Computación Gráfica Avanzada: Luz y Color12/11/2020 24
Gracias por su atención
Luis Ignacio Perdomo Bertón