| Περίληψη |
Σε πολλές εφαρμογές, ο χρήστης αλληλεπιδρά σε ένα τρισδιάστατο εικονικό κόσμο με προσομοιωμένο σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής φωτισμό. Προκειμένου να βελτιωθεί η εμπειρία του χρήστη, η υπάρχουσα έρευνα στην περιοχή των γραφικών βρίσκεται σε μία συνεχή διαδικασία εμπλουτισμού των κόσμων αυτών με ρεαλιστική απεικόνιση της αλληλεπίδρασης του φωτός με τα αντικείμενα. Η διαμάχη μεταξύ ακρίβειας και ταχύτητας εκτέλεσης είναι πάντα παρούσα, ειδικά στις περιπτώσεις που θέλουμε να απεικονίσουμε δυναμικές επιφάνειες 25 φορές το δευτερόλεπτο.
Σε αυτήν την εργασία, αναλύουμε τα φυσικά φαινόμενα φωτισμού και σκίασης που παρατηρούνται στο προσομοιωμένο ανθρώπινο δέρμα ενός εικονικού χαρακτήρα σε ένα τρισδιάστατο χώρο φωτιζόμενο τόσο με σημειακά φώτα όσο και φώτα χώρου. Μερικά από αυτά τα φαινόμενα που το σύστημά μας υλοποιεί περιλαμβάνουν: Ambient Occlusion, Shadow Mapping, Image-Based Lighting, Specular Surface Reflectance, Subsurface Scattering και Environment Mapping. Υπάρχουν συστήματα που υποστηρίζουν συνδυασμό ενός η περισσοτέρων από αυτά, αλλά μόνο σε απομονωμένα τμήματα του εικονικούχαρακτήρα (π.χ. ανθρώπινο κεφάλι) σε μη-ιεραρχικές και στατικές επιφάνειες. Το πρόβλημα που καλούμαστε να λύσουμε είναι όχι μόνο η εκτέλεση των φαινομένων αυτών φωτισμού σε ένα παραμορφώσιμο, κινούμενο, αρθρωτό ανθρώπινο σώμα βασισμένο σε σκελετό, αλλά επίσης να κάνουμε τις σωστές προσεγγίσεις ώστε να πετύχουμε υψηλή ακρίβεια μαζί με πραγματικό χρόνο εκτέλεσης σε μοντέρνες εύκολα προσβάσιμες κάρτες γραφικών.
Έχουμε δημιουργήσει έτσι ένα ολοκληρωμένο σύστημα απεικόνισης αρθρωτών εικονικών χαρακτήρων με υψηλή ακρίβεια, πιστότητα και ικανό να προσεγγίσει τον φυσικό τρόπο φωτισμού σε πραγματικό χρόνο. Περιλαμβάνει μία σειρά από φαινόμενα, τα οποία μπορούν να εφαρμοστούν σε έναν εικονικό ανθρώπινο μοντέλο είτε ταυτόχρονα είτε ξεχωριστά. Η ένωση αυτών υλοποιήθηκε σε Χώρο Εικόνας (Screen Space) (σε αντίθεση με το χώρο αντικειμένου), επιτυγχάνοντας έτσι επεκτασιμότητα και αποτελεσματική εκτέλεση σε πραγματικό χρόνο. Πολλαπλά στάδια απεικόνισης δημιουργούνται και διαχειρίζονται εντός του συστήματός μας. Η παραγόμενη εικόνα του κάθε σταδίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως είσοδος σε κάποιο επακόλουθο στάδιο, σιγουρεύοντας έτσι γρήγορη και αποτελεσματική επαναχρησιμοποίηση σε κοινά δεδομένα των διαφορετικών φαινομένων. Για παράδειγμα, το φαινόμενα διασποράς υποεπιφάνειας (subsurface scattering), που είναι εκτελέσιμο σε πραγματικό χρόνο, επιτυγχάνεται με τη χρήση μόνο δύο σταδίων απεικόνισης, εφαρμόζοντας οριζόντια και κάθετη συνέλιξη με τη χρήση μιας ενδιάμεσης εικόνας ως έξοδο από το πρώτο στάδιο και είσοδο στο δεύτερο. Η υλοποίηση όλου του συστήματός μας είναι βασισμένη σε ευρέως διαθέσιμα πρότυπα και ανοιχτό λογισμικό, όπως OpenGL, C++ και GLSL, έτσι ώστε να μπορεί να ενσωματωθεί σε μοντέρνες μηχανές γραφικών και γράφους σκηνής με τη χρήση εύκολα προσβάσιμων καρτών γραφικών.
|
Physically-principled character lighting and shading in real-time
