Resumo

Esta página relata o estudo de uma das técnicas de iluminação global chamada de radiosidade. Tendo seu primeiro trabalho escrito na Universidade de Cornell, o método tem o objetivo de gerar imagens mais próximas à realidade, baseando-se na teoria de transferência de calor e no tratamento de superfícies difusas, anteriormente nunca tratadas com sucesso.

 

Dessa forma a radiosidade consegue atingir seus objetivos gerando imagens caracterizadas por sombras suaves e efeitos como o color bleeding, em contra partida, não tratando superfícies especulares e funcionando bem apenas em ambientes fechados gerados pelo homem, como por exemplo, escritórios, fábricas entre outros.

 

Outra desvantagem desse método é o tempo gasto para geração da imagem final, tendo a maior carga no cálculo dos fatores de forma das superfícies, ressaltando também que esse método não gera a imagem, sendo necessário a renderização da imagem após seus cálculos, no entanto, com um gasto baixo para renderização (menos de um por cento do tempo total gasto) e dessa forma sendo independente de observador, ou seja, se alterada a posição da câmera não é necessário fazer o recalculo do algoritmo. O problema da demora do algoritmo foi atenuado com algoritmos para refinamento progressivo, permitindo visualização e controle antes do algoritmo terminar. Além disso, atualmente, com o avanço tecnológico, é possível fazer grandes melhorias com o uso de placas de aceleração de vídeo para o cálculo de fatores de forma.

 

Iluminação Local Vs. Iluminação Global

Imagens de uma mesma cena, gerada com um modelo de iluminação local (a) e outra (b) com um modelo de iluminação global. Vale ressaltar a diferença na suavidade das sombras e a mistura de cores na parede, detalhes críticos que aumentam o realismo.

Ray Tracing Vs. Radiosidade

Na comparação seguinte, pode-se observar a ineficiência do método de iluminação global Ray Tracing (a) em relação a superfícies difusas. Em contra partida, radiosidade (b) gera imagens ultra realísticas nesse tipo de ambiente.

Radiosidade no Blender

A maior parte dos modelos de renderização, assumem um modelo de espaço simplificado, altamente otimizado para a luz que chega ao "olho" da camera, a fim de desenhar a imagem. É possível adicionar reflexos e sombras para este modelo para conseguir um resultado mais realístico. Ainda assim, parece existir um aspecto importante faltando! Quando uma superfície tem uma componente de luz reflexiva, ela não somente mostra a nossa imagem, mas também reflete as cores das superfícies que estão em seu redor.

 

E vice-versa. De fato, a luz rebate em um ambiente até que toda a energia esteja absorvida (ou escapada). A luz re-irradiada carrega informação sobre o objeto ao qual ela re-irradiou, notavelmente as cores.

 

Em ambientes fechados, a energia da luz é gerada por “emissores” e é contabilizada como reflexão ou absorção pelas superfícies do ambiente. O passo com o qual a energia deixa uma superfície é chamado de “radiosidade” de uma superfície. Diferentemente de métodos convencionais de renderização, os métodos de radiosidade primeiro calculam todas as interações de luzes de um ambiente a partir de um método de visualização independente. Então, algumas visões diferentes podem ser calculadas em tempo Real. No Blender, desde a versão 2.28, radiosidade é tanto uma ferramenta de modelagem quanto de renderização. Isso significa que é possível habilitar a radiosidade dentro da renderização ou então usar a radiosidade para pintar cores de vértices e, luzes para vértices em suas malhas para uso posterior.

 

Imagem teste gerada com o Blender

Cornell Box

Revisão do algoritmo iterativo da radiosidade

Algoritmo Progressivo

 

Pipeline da Radiosidade

CONCLUSÃO

Com o desenvolvimento deste trabalho foi possível observar de modo prático a contribuição que o método da radiosidade trouxe para aumentar a realidade de imagens geradas a partir do computador.

 

A suavidade das sombras e o efeito de color bleeding, apesar de parecerem apenas detalhes são de grande importância para aumentar o realismo da imagem. Como pôde ser visto nas imagens coletadas e geradas com o Blender, as imagens geradas com o método da Radiosidade deixam um resultado muito bom em ambientes fechados, construídos pelo homem (escritórios, fábricas, interior de casas, etc). Vale ressaltar a independência de observador, o que permite melhorias no ambiente de jogos.

 

A pesquisa do tema, incluiu diversas fontes de pesquisas, incluindo livros de computação gráfica. No entanto, houve certa dificuldade nos livros, que apesar de ter conteúdo extenso e didático, em alguns casos parecem complicar mais o tema.

 

Para a implementação de exemplos foram cogitadas diversas ferramentas, entre elas o Blender, Pov-Ray e openGL com a extensão RadiosGL. No entanto, devido a sua curva de aprendizado menor e sua interface sofisticada, foi usado apenas o Blender.

 

Apesar de demora e o custo do método serem uma desvantagem sempre comentadas, atualmente, com o uso de GPUs, talvez ja sejam possíveis grandes otimizações no seu gargálo, o cálculo do fator de forma.

REFERÊNCIAS

ANGEL. Edward. Interactive Computer Graphics – A Top-Down Approach using OpenGL. 4a Edição. Pearson - Addison-Wesley, 2006.

 

BLENDERWIKI. Blender Wiki, 2011. Disponível em: < http://wiki.blender.org/ >. Acesso em: 26 Jun. 2011.

 

DURAND e CUTLER. MIT EECS 6.837, 2004. Disponível em: < http://groups.csail.mit.edu/graphics/classes/6.837/F04/index.html >. Acesso em: 01 Jul. 2011.

 

ELIAS, Hugo. TGLTLSBFSSP: Radiosity, 2000. Disponível em: < http://freespace.virgin.net/hugo.elias/radiosity/radiosity.htm >. Acesso em: 01 Jul. 2011.

 

WATT. Allan, WATT. Mark. Advanced Animation and Rendering Techniques – Theory and Practice. Addison-Wesley, 1992.