laporan tugas resume light

LAPORAN TUGAS KOMPUTER GRAFIKResume Jurnal Internasional tentang Pencahayaan pada Augmented Reality

NIM

/Nama

: M0509051 / Nurcahya Pradana Taufik P. Kelas : A - 2009

Jurusan Informatika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret 2011

Proses Rendering Berdasarkan Estimasi Sumber Cahaya pada Augmented RealityPendahuluanDalam Augmented Reality (AR) aplikasi, pembuatan obyek virtual yang selaras dengan kenyataan adalah hal yang cukup sulit. Untuk mencapai nilai lingkungan fotorealistik AR, ada 3 poin penting yang harus diperhatikan, yakni konsistensi geometri, pencahayaan dan waktu. Bayangan dan pencahayaan merupakan elemen penting dalam meningkatkan persepsi visual dan realisme. Tanpa bayangan, benda akan tampak seperti itu mengambang dan dengan demikian akan membuat lingkungan terlihat tidak realistis. Namun, algoritma bayangan masih banyak memiliki kelemahan seperti terlalu tajam dan keras dengan garis besar, yang membuat penampilan bayangan itu tidak realistis. Dengan demikian, makalah ini akan fokus pada menghasilkan bayangan yang lembut dalam dunia AR, diberikan berdasarkan posisi sumber cahaya yang nyata. Lingkungan reflektif digunakan untuk membuat lingkungan peta gambar yang dapat memperkirakan sumber cahaya dari dunia nyata dan menghasilkan bayangan yang lembut. Augmented Reality (AR) adalah gabungan realitas yang mencampur dunia fisik dengan benda-benda virtual.Teknologi ini memungkinkan pengguna untuk berinteraksi dan mengendalikan lingkungan dengan tindakan mereka. Azuma didefinisikan tiga kriteria sistem AR. Pertama, AR adalah kombinasi dari dunia nyata dan virtual. Kedua, AR interaktif secara real-time, dan akhirnya, AR harus terdaftar dalam 3D. saat ini, pengembang teknologi AR bekerja pada bidang yang luas dari aplikasi AR yang dapat diandalkan untuk digunakan dalam aplikasi dunia nyata seperti dalam warisan budaya ,permainan, simulasi, medis dan pendidikan. Untuk mencapai render fotorealistik dalam AR, tiga masalah telah diidentifikasi, geometri konsistensi, konsistensi pencahayaan dan konsistensi waktu. Konsistensi geometri mengacu pada posisi yang tepat dari objek virtual dalam lokasi dunia nyata. Waktu adalah konsistensi korespondensi antara dunia nyata dan dunia virtual. Oleh karena itu, bagian penting untuk membuat interaksi secara real time. Sementara itu, konsistensi pencahayaan adalah dengan mencocokkan shading dari objek virtual dengan obyek lain dalam dunia nyata, di mana objek virtual harus membuat bayangan yang benar. Bayangan adalah salah satu elemen yang dapat menambah realisme ke lingkungan AR. untuk meningkatkan tingkat kehadiran benda-benda. Penting sekali untuk memberikan informasi lebih lanjut dari posisi, ukuran dan bentuk maya objek di dunia nyata. Teknik terkait telah dilakukan sejak beberapa tahun lalu, di mana unsur-unsur seperti sumber cahaya, penempatan objek, pencahayaan dan geometri lingkungan digunakan untuk menciptakan bayangan yang realistis. Tanpa bayangan, gambar akan terlihat tidak masuk akal

Komputer Grafik - 2011

1

bahkan dengan pengukuran yang tepat dari sumber cahaya dan sifat material.

Konsep DasarBaru-baru ini, teknologi komputer grafis telah mengalami pertumbuhan yang cepat dan peneliti yang terlibat dalam AR bidang telah terus menerus berusaha meningkatkan kualitas sistem grafis. Jacobs dan rekannya menyajikan klasifikasi metode pencahayaan untuk diterapkan di lingkungan gabungan realitas. Dua kategori metode rendering, pencahayaan umum dan relighting. Metode iluminasi umum memberikan pencahayaan yang konsisten ketika obyek virtual yang ditambahkan ke dalam dunia nyata, dan tidak memungkinkan modifikasi dari dunia saat ini. Naemura mengusulkan konsep cahaya dan bayangan maya virtual. Konsep bayangan virtual dalam metode ini dibagi menjadi empat jenis: i) ii) iii) iv) nyata untuk bayangan virtual untuk benda kaku, nyata untuk bayangan maya untuk non-kaku objek, berbasis gambar virtual untuk bayangan maya, dan maya bayangan nyata. Metode ini akan proyek bayangan objek nyata ke dunia maya dan sebaliknya.

Sebuah penggabungan alami antara dunia nyata dan virtual akan diperoleh ketika bayangan dan bayangan sesuai antara dua dunia. Sugano dan Madsen menyoroti pentingnya bayangan yang konsisten di lingkungan AR. pendekatan yang diusulkan dirancang untuk berjalan di hardware grafis dan menawarkan cara untuk menyeimbangkan kinerja tanpa mengorbankan kualitas visual bayangan. Selain itu, menghasilkan bayangan dengan menggunakan peta bayangan atau volume bayangan dapat dikembangkan dengan biaya rendah. Sementara itu, Haller mengusulkan konsep dengan menggunakan bayangan volume, yang lebih fokus pada masalah bayangan dalam sistem AR. Realitas dunia AR ditingkatkan dengan bayangan nyata diproyeksikan ke objek virtual dan sebaliknya. Survei metode klasifikasi bayangan lembut ini dapat diterapkan untuk menghasilkan bayangan dalam konteks lingkungan AR. Jacobs dan Madsen dan Laursen menitikberatkan masalah bayangan ganda dalam AR lingkungan, di mana mereka telah memecahkan tumpang tindih antara bayangan nyata dan virtual untuk menghasilkan bayangan yang realistis. Sebuah real-time rendering solusi untuk mensimulasikan warna-konsisten bayangan virtual dalam lingkungan yang nyata disajikan oleh Jacobs. Proses rendering dalam metode yang diusulkan mereka memiliki mekanisme tiga langkah; bayangan deteksi, perlindungan bayangan dan pembuatan bayangan, di mana setiap langkah menghasilkan bayangan yang konsisten antara benda-benda nyata dan virtual secara realtime. Untuk mencapai sukses dan deteksi bayangan generasi bayangan dalam metode mereka, tiga persyaratan yang diperlukan: geometri, posisi sumber cahaya dan hanya bayangan keras atau semilembut diperbolehkan. Kredibilitas dari generasi bayangan juga dapat dicapai dengan estimasi yang benar dari posisi sumber cahaya. Para penelitian terkait dengan posisi sumber cahaya yang semua memiliki arah yang sama, mengusulkan sebuah metode yang dapat membuat pencahayaan untuk objek virtual dalam lingkungan AR untuk menjadi seperti serealistis mungkin seperti di dunia nyata. Tulisan ini


2

didasarkan pada penelitian bahwa perkiraan posisi sumber cahaya untuk membuat bayangan yang lembut yang berhubungan dengan dunia nyata.

Pembuatan Bayangan Pada Augmented RealityImplementasi Masalah dalam hal konsistensi pendaftaran geometris dan fotometrik akan disorot dalam proses implementasi. Masalah-masalah ini perlu diselesaikan terutama ketika berhadapan dengan generasi realistis proyeksi bayangan. Kemudian, bayangan akan diberikan berdasarkan estimasi posisi sumber cahaya dalam dunia nyata dan mendapatkan persepsi yang benar-dari sudut pandang pengguna. Hasil ini akan menghasilkan rendering realistis di lingkungan AR. Kamera akan mendeteksi penanda yang dikomposisikan dengan bidang reflektif dalam dunia nyata. Kemudian hubungan antara penanda 2D dan sistem kamera akan ditentukan koordinatnya menggunakan teknik yang ada. Hubungan ini merupakan langkah penting untuk menyelesaikan masalah geometris sehingga objek virtual ditempatkan pada posisi yang tepat. Setelah itu, sistem akan mendeteksi segmentasi ruang reflektif pada penanda, yang diwarnai dengan warna hitam glossy untuk menghindari masalah dynamic range untuk membuat peta lingkungan. Peta lingkungan akan menentukan cahaya yang masuk dari segala arah yang mungkin di beberapa titik acuan. Sistem ini akan menggunakan algoritma pemotongan median, yang menyajikan lingkungan pencahayaan kredibel kompleks. Algoritma ini akan menghasilkan satu set sumber cahaya dan akan memperkirakan posisi sumber cahaya dalam dunia nyata dari peta lingkungan. Sumber cahaya yang digunakan untuk menghasilkan bayangan yang realistis akan menghasilkan proyeksi bayangan. Kemudian, bayangan yang lembut akan diterapkan untuk mendapatkan garis smoothedges bayangan sehingga bayangan akan terlihat realistis. Akhirnya, objek virtual 3D dengan bayangan terpasang benar adalah yang diberikan dalam dunia nyata. Pengaturan pencahayaan ini terdiri dari laptop atau komputer pribadi sebagai perangkat layar, kamera untuk melacak penanda dan menampilkan objek virtual sebagai output, penanda 2D video untuk menampilkan objek virtual, penanda 3D untuk memperkirakan sumber cahaya dari adegan nyata dan cahaya sebagai sumber cahaya untuk sistem. Penanda 3D dibangun menggunakan bola reflektif . Gambar 2 mengilustrasikan pengaturan dari prototipe sistem. Algoritma Pemotongan Median Algoritma ini akan membagi gambar peta lingkungan ke daerah 2n berdasarkan garis lintang dan bujur. Daerah-daerah yang sudah dibagi memiliki energi cahaya yang sama dan masing-masing dari mereka memiliki representasi sumber cahaya. Langkah-langkah untuk membagi gambar peta lingkungan adalah sebagai berikut: 1. Peta lingkungan pencahayaan ditambahkan ke daftar daerah sebagai daerah tunggal. 2. Setiap daerah di daftar akan membagi sepanjang dimensi terpanjang sehingga energi cahaya yang dibagi merata. 3. Kembali ke langkah 2 jika jumlah iterasi kurang dari n. 4. Sumber cahaya ditempatkan di pusat masing-masing daerah dan warna sumber cahaya


3

setto jumlah nilai pixel dalam wilayah Keuntungan menggunakan algoritma ini adalah efisien, cepat dan mudah untuk dimasukkan ke dalam praktek. Algoritma ini sangat praktis untuk menerapkan penggabungan objek virtual ke dalam dunia nyata.

Gambar 1. Framework Prototype Sistem

Gambar 2. Pengaturan Prototype Sistem

Bayangan Lembut Bayangan yang dihasilkan masih tidak realistis karena mereka memiliki garis tajam dan tepi


4

bayangan yang kasar, juga dikenal sebagai bayangan keras. Untuk mendapatkan bayangan yang realistis, metode bayangan lembut harus diterapkan. Perbedaan penampilan antara bayang-bayang keras dan lembut digambarkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Bayangan keras (kanan) dan bayangan lembut (kiri) Metode bayangan lembut yang dapat diterapkan dalam penelitian ini didasarkan pada konsep bayangan lembut Heckbert & Herf. Metode ini akan menghasilkan jumlah sampel bayangan keras. Sampel ini terdiri dari jumlah warna gelap yang berbeda dan ukuran bayangan, di mana ukuran sedikit lebih besar dari ukuran bayangan asli. Jumlah sampel mempengaruhi kualitas bayangan lembut. Apabila jumlah sampel yang digunakan lebih tinggi, kualitas yang lebih tinggi bayangan yang lembut akan dihasilkan dan sebaliknya. Setelah beberapa sampel bayangan keras diproduksi, sampel akan dicampur bersama-sama dengan warna gelap dan ukuran yang berbeda bersama-sama dengan bayangan aslinya. Proses ini akan dilakukan dengan menumpuk satu sama lain mulai dari warna yang kurang gelap dengan warna asli berakhir dengan bayangan. Gambar 4 menunjukkan proses tumpang tindih bayangan keras.

Gambar 4. Proses tumpang tindih bayangan keras Teknik ini menggunakan dua parameter untuk menghasilkan bayangan yang lembut yakni panjang dan faktor jarak. Faktor Panjang menentukan panjang bayangan lembut dari bayang-bayang asli. Sementara itu, faktor jarak menentukan jarak antara bayangan keras dalam sampel. Gambar 5 menggambarkan konsep bayangan lembut Heckbert & Herf dengan panjang dan faktor jarak


5

Gambar 5. Ilustrasi Bayangan Lembut dengan Faktor Panjang dan Faktor Jarak

Hasil ProsesAlgoritma pemotongan median digunakan untuk memperkirakan posisi sumber cahaya nyata dari adegan yang sebenarnya menggunakan peta lingkungan. Gambar 6 (a) dan 6 (b) menunjukkan bayangan yang membuat berdasarkan posisi yang berbeda dari sumber cahaya yang nyata. Objek dengan warna hijau adalah komputer yang menghasilkan objek dan objek dengan warna putih adalah objek nyata. Angka-angka ini menunjukkan objek yang dihasilkan komputer menghasilkan bayangan yang berada dalam arah yang sama bayangan nyata. Jadi, ini membuat lingkungan AR lebih realistis. Objek dalam percobaan ini juga dapat diterapkan ke objek geometri yang lebih kompleks dan membuat beberapa objek di lingkungan AR satu.

Gambar 6. Bayangan berbasis komputer dari posisi pencahayaan nyata Gambar 7 (a) menunjukkan hasil bayangan keras yang dihasilkan dari sistem di AR. Munculnya bayangan keras telah membuktikan bahwa itu tidak realistis karena memiliki garis tajam dan keras-tepi. Sementara itu, Gambar 7 (b), (c) dan (d) menampilkan hasil bayangan yang lembut yang dihasilkan dari teknik Heckbert & Herf dengan sampel yang berbeda dari bayangan keras. Sampel 1 terdiri dari 5 lapisan bayangan keras, sampel 2 terdiri dari 7 lapisan bayangan keras dan sampel 3 terdiri dari 10 lapisan bayangan keras. Dari hasil ini, kita dapat melihat bahwa jumlah lapisan bayangan keras dipengaruhi kualitas penampilan bayangan. Kualitas bayangan yang lembut menjadi lebih tinggi dengan sejumlah besar lapisan bayangan keras dan kualitas kurang dengan sejumlah kecil lapisan bayangan keras. Penelitian juga mengukur kinerja sistem berdasarkan FPS. Gambar 8 mengilustrasikan grafik perbandingan kinerja antara tiga sampel bayangan keras yang digunakan dalam percobaan. Dalam grafik ini, hasil dari FPS tergantung pada jumlah sumber cahaya yang digunakan dalam algoritma


6

dipotong median. Grafik menunjukkan FPS akan menurun dengan meningkatnya jumlah sumber cahaya. Hal ini karena setiap sumber cahaya membuat sampel bayangan keras yang melibatkan banyak perhitungan.

Gambar 7. Perbandingan bayangan keras (a) dan bayangan lembut (b)(c)(d)

Gambar 8. Perbandingan tiga sampel dalam FPS Selain itu, sampel yang digunakan dalam percobaan mempengaruhi kinerja sistem. Dari grafik, sampel 1 dengan lima lapisan bayangan keras menghasilkan FPS tertinggi dibandingkan dengan sampel yang berisi sepuluh 3 lapisan bayangan keras. Ini berarti dengan jumlah yang lebih


7

tinggi lapisan bayangan keras, berkualitas tinggi akan diproduksi namun kinerjanya menjadi rendah. Hal ini bertentangan dengan sejumlah kecil lapisan bayangan keras dengan performa tinggi namun menghasilkan kualitas rendah penampilan bayangan lembut. Jadi, untuk mencapai bayangan lembut realistis di lingkungan AR, itu melibatkan sejumlah besar lapisan bayangan keras. Karena komputasi yang lebih tinggi akan menurunkan kinerja sistem, teknik optimasi yang diperlukan seperti Tingkat Rincian (LOD), Pemusnahan, octree dan lain-lain. Teknik ini akan meningkatkan kinerja sistem.

KesimpulanMetode untuk membuat bayangan lembut dalam AR didasarkan pada konsep bayangan lembut Heckbert & Herf. Tujuan dari bayangan lembut adalah menambahkan realistis pada penampilan bayangan di lingkungan AR. Hal ini karena bayangan keras masih memiliki kekurangan seperti garis tajam dan keras-tepi yang kekurangan dalam penampilan bayangan. Dalam tulisan ini, bayangan yang lembut itu diberikan didasarkan pada sumber cahaya diperkirakan dari adegan nyata. Estimasi sumber cahaya nyata adalah penting untuk menciptakan bayangan yang kredibel. Namun, hasil eksperimen menunjukkan kualitas tinggi dari bayangan yang lembut akan mengurangi kinerja sistem. Dalam karya-karya masa depan, pengembangan metode untuk meningkatkan kinerja sistem tanpa mengorbankan kualitas sistem harus diterapkan untuk menghasilkan lingkungan AR yang realistis.


8

Citra Berbasis Pencahayaan Real Time pada Augmented RealityPendahuluanAplikasi Photorealistic rendering di Augmented Reality (AR) masih menjadi salah satu topik penelitian yang paling menantang. Teori Bimber dalam pencahayaan yang konsisten antara objek nyata dan virtual untuk mencapai aplikasi Augmented Reality yang meyakinkan. Sugano dan Madsen menggarisbawahi pentingnya bayangan yang konsisten dalam sebuah skenario AR . Shading dan bayangan di kedua dunia tersebut harus cocok untuk mencapai gabungan alami. Jadi shading dan bayang-bayang lampu maya harus konsisten dengan dunia nyata. Agusanto hadir di integrasi objek virtual yang mulus dalam lingkungan AR menggunakan teknik Image Based Lighting (IBL) dan lingkungan iluminasi peta. Hal-hal tersebut merupakan teori yang konsisten dan koheren dunia maya sehubungan dengan lingkungan nyata. Image Based Lighting (IBL) merupakan teknik yang efisien untuk menerangi benda dengan tekstur dari lingkungan nyata. Hal ini dapat dilihat sebagai kombinasi dari teknik-teknik Pemetaan Refleksi dan Pemetaan. Penerangan. Sementara IBL sendiri cocok untuk aplikasi real-time, masalah timbul ketika IBL datang ke bayangan. Casting bayangan membutuhkan cahaya sumber-sumber di posisi yang berbeda. Mereka yang tidak tersedia saat pencahayaan dilakukan dengan tekstur. Selain itu, warna bayangan tergantung pada warna sumber cahaya. Bayangan menambahkan tingkat realisme ke diberikan gambar. Seperti dijelaskan di atas, bayangan adalah faktor yang sangat penting untuk kesan 3D dari sebuah pemandangan. Penggabungan mulus dari dunia maya dan dunia nyata adalah topik yang menantang di saat ini dalam hal Augmented (Campuran) dan penelitian Virtual Reality.

Konsep DasarFournier adalah salah satu peneliti pertama, yang mengkombinasikan gambar video nyata dengan konten yang dihasilkan komputer dan berfokus pada masalah parameter melihat umum, visibilitas umum, dan pencahayaan umum. Model pencahayaan global (radiositas progresif misalnya) masih tidak cocok untuk aplikasi AR, karena mereka membutuhkan sebuah adegan deskripsi yang lengkap. Saito menyajikan sebuah metode untuk mengukur distribusi cahaya adegan nyata . Dengan menggunakan algoritma stereo Omnidirectional, mereka pertama membuat geometris model yang nyata. Sinar dari adegan itu dihitung dari urutan omni-directional gambar yang diambil dengan berbagai rana kecepatan dan dipetakan ke geometris dibangun Model. Sebuah algoritma yang sama disajikan oleh Gibson, mereka menggunakan sumber cahaya sebelum dihitung yang sudah ditetapkan dalam jumlah besar, dan memungkinkan rendering kualitas mengesankan pada frame interaktif harga. Sebaliknya, Kakuta menggunakan sumber cahaya tetap dalam jumlah besar untuk membuat benda-benda di bawah perubahan kondisi pencahayaan. Objek sifatnya tetap sebelum diproses dan tidak dapat dipindahkan saat run-time. Debevec menyarankan sebuah divisi dari peta lingkungan di daerah kecerahan terintegrasi sama untuk menemukan posisi sumber cahaya virtual untuk menciptakan bayangan dalam modus


9

offline render. Hasil render dicapai lebih dari mengesankan. Namun sebagian besar hasilnya tidak diberikan di real-time. Agusanto et al. menunjukkan dalam teknik IBL real-time, di mana mereka terutama fokus pada peningkatan hasil pencahayaan tanpa memperhitungkan account shadows. manfaat dari fitur tersebut adalah sebagai berikut: Integrasi yang halus dari skenario virtual: virtual dan bayangan nyata selalu jatuh ke arah yang sama dengan sama warna dan intensitas. Image Based Shadowing: Bayangan dikendalikan oleh gambar lingkungan. Tidak ada keterbatasan dalam jumlah dan bentuk sumber cahaya nyata di lingkungan. Presentasi dari tiga setup: Kami menunjukkan tiga AR yang berbeda skenario menggunakan setup kamera tunggal dengan menatap bola, dan dua kamera setup multi-gabungan dengan bola cermin dan lensa fisheye untuk mengambil gambar lingkungan. Tidak ada pra-olahan data: Pendekatan kami tidak bergantung pada pra-olahan data dan dengan demikian memungkinkan perubahan cahaya situasi dan perubahan posisi objek saat runtime. Namun demikian, ini datang pada saat perhitungan biaya yang lebih tinggi.

PengaturanKami menerapkan tiga pengaturan yang berbeda untuk menguji pendekatan kami (lihat. Gambar 9). 1. Pada skenario pertama, kami memiliki pengaturan kamera tunggal yang dikombinasikan dengan bola yang berupa cermin. Kamera yang sama menangkap kedua adegan nyata dan lingkup tercermin dalam adegan. Bola berada dalam posisi tetap, relatif terhadap asal dari sistem pelacakan (misalnya ARToolKit) dan dipotong keluar dari gambar video. Keuntungan dari setup ini adalah bahwa kita hanya perlu menggunakan satu kamera. Sayangnya, resolusi peta lingkungan tergantung pada ukuran bola cermin dalam gambar kamera. Karena baik penanda dan lingkup cermin harus terlihat dalam gambar kamera setiap saat, ukuran bola di gambar kamera sering sangat kecil. Akibatnya resolusi dari peta bola sangat rendah. Selain itu, sering terjadi bahwa lingkup cermin keluar dari gambar kamera, yang menyebabkan bahwa lingkungan tidak dapat diperbarui. 2. Setup kedua adalah setup dua kamera dengan cermin bola. Satu kamera menangkap adegan nyata dan (yang lain pada posisi tetap) trek bidang cermin. Karena lingkup cermin ditangkap oleh kamera terpisah, tidak mungkin bahwa bola berada di luar gambar kamera. Selain itu, resolusi peta lingkungan tidak tergantung pada jarak kamera, karena kita selalu memiliki jarak yang sama dari kamera ke bidang cermin. Perhatikan bahwa kedua kamera harus dikalibrasi dengan baik, sehingga peta lingkungan sesuai dengan gambar dari kamera adegan. Jika kamera sering memiliki yang berbeda white-balance dan pengaturan eksposur yang biasanya menyebabkan ketidaksesuaian pencahayaan real dan virtual objek. 3. Akhirnya, dalam skenario ketiga, kita menggunakan setup dua kamera dalam


10

kombinasi dengan lensa fisheye (180 ). Lingkungan adalah cermin digantikan oleh kamera dengan lensa fisheye yang menangkap nyata lingkungan. Jadi setup menjadi lebih sederhana dan lebih mudah untuk mengkalibrasi, karena tidak ada bidang cermin. Namun, sebuah isheye lensa biasanya memiliki medan pandang yang lebih kecil daripada bidang cermin. Akibatnya, bagian yang lebih kecil dari lingkungan yang terlihat dalam peta.

Gambar. 9. Dalam gambar (a) setup dengan dua kamera dan bola cermin terlihat. Perhatikan bahwa pada setup kamera tunggal, kita hanya menggunakan kamera kiri untuk pelacakan lingkungan dan bidang cermin. Gambar (b) menunjukkan setup dengan dua kamera dan lensa fisheye, yang sederhana dan cepat untuk merakit. Lihat Warna Plat 1.

Citra Berbasis PencahyaanSebuah gambaran dari algoritma kami digambarkan pada Gambar 10. Tergantung pada setup, gambar dari satu atau dua kamera digunakan sebagai masukan untuk pipa. Dari gambargambar posisi kamera di ruang dunia diekstrak. Selain itu, citra bidang cermin yang dipotong dan disalin ke tekstur. Tekstur dan peta Lingkungan reflektif, kemudian diblur untuk membuat difusi Peta Irradiance. Karena baik Peta Lingkungan reflektif yang asli dan Peta Irradiance berada di Sphere Format Peta, mereka akan dikonversi menjadi peta kubus. Dalam apa yang mengikuti peta kubus yang dihasilkan digunakan untuk penerangan sementara rendering obyek virtual. Pencahayaan specular diwujudkan dengan pemetaan refleksi. Pencahayaan difusi dilakukan seperti yang dijelaskan dalam teknik Image Based Lighting (IBL) dan lingkungan iluminasi peta, dimana permukaan normal merupakan titik yang digunakan untuk lookup tekstur menjadi lingkungan peta. Shadowing dilakukan dengan menciptakan jumlah sumber cahaya yang wajar di sekitar adegan yang diberi shadow dengan peta bayangan. Masing-masing sumber cahaya menentukan intensitas dan warna dari daerah peta lingkungan belakang sumber cahaya, seperti yang terlihat pada Gambar. 11.


11

Gambar 10 dan gambar11. Gambaran Algoritma dan intensitas cahaya Mirip dengan pemetaan lingkungan, kita asumsikan bahwa lingkungan jauh dari adegan yang diberikan. Dengan asumsi ini, kita dapat mengabaikan jarak daerah yang memancarkan cahaya, yang meredakan render. Algoritma kami ini memiliki efek terbaik saat kita mensimulasikan bayangan yang lembut diberi cahaya secara langsung yang relatif besar atau sumber cahaya tidak langsung yang jauh dari lingkungan. Pendekatan yang kami meskipun gagal untuk mensimulasikan bayangan keras oleh titik lampu atau sumber cahaya yang terletak sangat dekat atau di dalam adegan itu, karena dengan jumlah sumber cahaya yang terbatas.

AlgoritmaAlgoritma kami untuk bayangan skenario langkah-langkah, yang dapat didefinisikan sebagai berikut: 1. Menciptakan Peta Shadow Kami membuat Peta Bayangan dengan rendering adegan dari pandangan dari setiap sumber cahaya (di setup kami digunakan sampai 64 sumber cahaya secara bersamaan) dan menyimpan buffer kedalaman dalam tekstur yang terpisah. Karena rendering peta bayangan banyak untuk setiap frame dapat menjadi sangat mahal, kami hanya update satu peta bayangan (hanya satu sumber cahaya) dalam setiap frame. 2. Menciptakan Buffer Shadow Selanjutnya, kita membuat tekstur Bayangan disebut Buffer yang berisi bayangan akumulasi dari semua sumber cahaya. Untuk menciptakan tekstur ini kita render adegan dari pandangan kamera. Bayang-bayang dari semua sumber cahaya yang diberikan dan hasil ditambahkan (lihat Bagian (B)). Warna bayangan masing-masing ditentukan oleh peta lingkungan (lihat. Bagian (C)). didasarkan pada tiga


12

3. Rendering dengan Buffer Shadow Akhirnya, kita render adegan dari sudut pandang kamera. Shadow Buffer dibuat sebelum diproyeksikan di tempat kejadian. pada setiap pixel nilai yang disimpan dalam Buffer Shadow dikurangi dari nilai pencahayaan menyebar dari pixel untuk mewujudkan membayangi (lihat Bagian (D)). A. Menghitung Maps Bayangan Adegan ini diberikan dari pandangan sumber cahaya. Bendera warna dinonaktifkan sehingga hanya nilai-nilai mendalam ditulis ke dalam buffer. Selanjutnya, kita menyalin nilai tersebut ke kedalaman tekstur, di mana satu kedalaman tekstur disimpan bersama dengan setiap sumber cahaya. B. Menghitung Buffer Bayangan Dalam langkah kedua dari algoritma kami, intensitas bayangan dari setiap sumber cahaya ditentukan. Gambar. 3 menunjukkan penampang dari adegan yang digunakan. Secara teori setiap titik P pada permukaan menerima cahaya dari setiap sumber cahaya tampak. Ini berarti bahwa insiden cahaya di P sama dengan cahaya akumulasi dari setiap sumber cahaya tidak casting bayangan pada P. Jika permukaan diterangi oleh hukum Lambert, pengaruh I pada setiap cahaya dihitung sebagai berikut

di mana C adalah warna dari sumber cahaya, N adalah normal permukaan dan L adalah vektor normalisasi dari titik yang diberikan P ke sumber cahaya. Faktor S membayangi sama dengan 0,0 jika melemparkan bayangan cahaya pada titik diberikan dan 1,0 jika intinya adalah dalam cahaya. Pencahayaan IL pada setiap poin ,oleh karena itu dihitung sebagai jumlah dari semua intensitas cahaya

dimana n adalah jumlah dari semua sumber cahaya. Dalam aplikasi kita ada benda yang sudah menyala (misalnya bidang tanah,yang menerima bayangan dari benda-benda virtual tetapi tidak menerima cahaya dari sumber cahaya virtual). Untuk menangani objek seperti ini, kita tidak menghitung titik cahaya yang diterima dari setiap sumber cahaya tetapi cahaya titik R tidak menerima karena membayangi. R adalah didefinisikan dengan menghitung pencahayaan seperti yang dijelaskan dalam persamaan 2, tetapi dengan terbalik S membayangi faktor:


13

C. Mendapatkan Warna Cahaya dan Nilai Bayangan Perhatikan bahwa untuk persamaan 2 warna dari sumber cahaya harus dihitung. Warna ini tergantung pada warna daerah peta lingkungan belakang sumber cahaya. Untuk mencapai itu, kita hanya "downsample" peta lingkungan kubus menjadi resolusi yang rendah(4x4 atau 8x8 texels setiap wajahnya seperti digambarkan dalam Gambar. 4 (c)). Akibatnya, setiap Texel sekarang "berisi ratarata" dari semua sekitar texels dalam peta kubus asli yang beresolusi tinggi (seperti Gambar 4 (b).). Sekarang posisi sumber cahaya diatur dalam satu cara sehingga setiap sumber cahaya terletak di pusat kubus satu peta Texel (lihat Gambar. 4 (a)). Warna dari setiap sumber cahaya diatur ke warna Texel belakangnya. Faktor S yang membayangi adalah hasil dari Peta Bayangan tekstur lookup dan memberitahu jika sebuah titik diterangi oleh sumber cahaya yang saat ini sedang dihitung atau jika berada dalam bayangan. Dalam Gambar. 3 dan 4 (a) S ditunjukkan oleh warna berisi simbol sumber cahaya.

Gambar.12. Warna akhir dari sumber cahaya ditentukan dengan melakukan lookup menjadi Peta Cube downsampled Lingkungan.

D. Menggabungkan Shadows dan Pencahayaan Setelah Buffer Shadow "selesai", pencahayaan akhir dapat direalisasikan. Specular pencahayaan dihitung dengan melakukan lookup di Peta Lingkungan Reflektif di arah vektor tercermin mata. Sebaliknya, difusi pencahayaan adalah dihitung dengan pencarian dalam Peta Irradiance pada arah permukaan normal titik diberikan. Nilai yang diterima adalah jumlah titik cahaya menyebar menerima jika seluruh lingkungan terlihat. Jumlah cahaya yang tidak menerima titik render, karena terhalang oleh objek lain, disimpan dalam Buffer bayangan. Jumlah ini harus dikurangi dari pencahayaan menyebar nilai untuk mencapai pencahayaan yang benar, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 5. Di samping itu, pada setiap pixel, pencahayaan dihitung sebagai berikut:


14

dimana I adalah intensitas cahaya, d adalah difusi yang dihitung dari pencahayaan nilai, s adalah nilai dari Buffer Shadow dan sp adalah nilai pencahayaan specular yang dihitung. Pada pengaturan kita, benda nyata tidak harus menerima pencahayaan tetapi harus menerima bayangan dari benda-benda virtual. Kami menyebut benda-benda Objek phantom. Contohnya adalah tanah pesawat. Untuk objek ini, perhitungan pencahayaan dihilangkan (karena mereka sudah diterangi oleh cahaya nyata). Akhirnya, nilai dalam Shadow Buffer dikurangkan dari nilai warna asli untuk mendapatkan kesan bayangan (meskipun hasil yang benar hanya dicapai untuk obyek difus).

Gambar. 13. Pertama Buffer Shadow dibuat dalam beberapa melewati dengan delapan cahaya sumber masing-masing. Maka hasilnya dimasukkan ke dalam pencahayaan lulus dan mempengaruhi diffusi pencahayaan nilai.

Detail ImplementasiAlgoritma yang dijelaskan di atas diimplementasikan di OpenGL menggunakan bahasa shading Cg. 1. Langkah pengolahan peta Lingkungan Tanam Peta Sphere: Kami membuat quad dengan video gambar dari kamera. Koordinat tekstur yang dipilih sehingga hanya gambar bola cermin yang terlihat. Membuat Peta Irradiance: Kami membuat quad dengan Sphere Peta dan melakukan blur-Gaussian 2D seperable pada peta. Konversi ke peta kubus: Kita dapat mengkonversi peta wilayah untuk peta kubus dengan render enam quad. Masing-masing quad sesuai untuk satu wajah dari Peta Cube dan setiap pixel dari alun-alun menjadi Texel di Peta Cube. Meskipun lingkup peta lingkungan akan langsung tersedia setelah menangkap bola cermin, kita menggunakan peta kubus di setup dengan dua kamera. Alasannya adalah bahwa dengan dua kamera kamera untuk adegan nyata dan kamera untuk peta


15

lingkungan akan melihat ke arah yang berbeda. Peta lingkungan ini terlihat tergantung dan harus diambil dari arah yang sama melihat dengan penglihatan sebagai kamera yang menggunakan mereka untuk rendering. Peta kubus yang lebih cocok untuk tugas ini karena pandangan mereka independensi. 2. Membuat Peta Bayangan: Kami menghasilkan Peta Bayangan dengan rendering adegan dan menyalin kedalaman buffer ke tekstur GL_DEPTH_COMPONENT. 3. Menciptakan Buffer Bayangan: Buffer Shadow dibuat dengan rendering adegan dari sudut pandang kamera. Untuk mendapatkan nilai bayangan untuk setiap pixel, perbandingan kedalaman tekstur harus dilakukan untuk setiap sumber cahaya dalam adegan. Tekstur yang diperlukan koordinat dihitung dalam vertex shader. Sejak hanya ada delapan set tekstur koordinat dapat ditransfer dari vertex shader ke fragmen sharder dalam profil umum, tidak semua sumber cahaya dapat dihitung dalam sekali perhitungan. Sebaliknya Buffer Shadow dibuat dalam beberapa melewati dengan delapan sumber cahaya masing-masing. Hasil ini diakumulasi dengan pencampuran aditif (lihat Gambar. 5). Untuk mendapatkan warna dari sumber cahaya tingkat MIP lebih tinggi dari peta lingkungan kubus adalah sampel. Sebagai koordinat tekstur posisi sumber cahaya yang digunakan. Setelah semua berlalu sudah selesai, Penyangga Shadow disalin ke tekstur. 4. Rendering dengan pencahayaan dan bayangan: Kami membuat adegan dari sudut pandang kamera. Tekstur dengan Buffer Shadow diproyeksikan sehingga mengisi seluruh layar. Hal ini dilakukan dengan pemetaan dari layar koordinat S (dalam rentang [-1.0,1.0]) ke koordinat tekstur T (di kisaran [0.0,1.0]):

HasilSemua gambar dan pengukuran kinerja dalam Bagian berikut ini dihasilkan pada Intel Pentium IV dengan 3 GHz dan nVidia GeForce GT 7800 kartu grafis dengan resolusi layar 800 600.

Kinerja Hasil

Tabel 1: Perbedaan Frame Rate


16

Tabel 1 menunjukkan frame rate dari adegan yang sama dengan nomor yang berbeda dari sumber cahaya. Sebagai sumber cahaya menghasilkan render lebih banyak selama pembuatan Shadow Buffer jika memiliki efek yang besar.

Gambar. 14 Perbandingan rendering dengan nomor yang berbeda dari bayangan. Gambar (a) diterjemahkan dengan 8 bayangan, (b) dengan 48 dan untuk gambar (c) 64 bayangan digunakan. Lihat Lempeng Warna nomor 3. Di sisi lain, kualitas bayangan meningkat dengan sumber cahaya lebih, karena bayangan tunggal menjadi tak terlihat. Gambar. 14 menggambarkan perbandingan dari sebuah adegan dengan 8, 48 dan 64 bayangan.

Hasil RenderingAlgoritma yang diusulkan menawarkan bayangan yang berubah dinamis dalam berbagai kondisi pencahayaan. Gambar. 15 menunjukkan adegan dengan pencahayaan yang berbeda. Sebuah sumber cahaya yang kuat terletak di bagian kanan atas dari gambar. Perhatikan perubahan dalam bayang-bayang dari kaleng cola virtual dan teko teh. Pencahayaan nyata mempengaruhi pemberian bayangan benda-benda virtual. Bayangan yang dihasilkan sangat lembut dan tepat untuk mensimulasikan pembayangan disebabkan oleh lingkungan dengan sejumlah besar cahaya langsung dan sumber cahaya besar. Jika ada sumber, lampu kecil terang dalam lingkungan, bayangan cenderung terlalu lunak (lihat Gb 16 (b).). Alasan untuk ini adalah bahwa bayangan maya sebenarnya merupakan kombinasi dari banyak bayangan dari sumber cahaya yang tetap. Jika sumber cahaya nyata ditempatkan antara dua sumber cahaya virtual, bayangan disimulasikan oleh dua atau lebih virtual bayangan dicampur, yang menyebabkan pelunakan sebuah efek. Perhatikan bahwa dalam kedua pengaturan (menggunakan bidang cermin atau fisheye lensa), refleksi akan dihitung salah. Gambar. 8 (a) - (d) menggambarkan sebuah skenario, di mana penanda, di mana kita menempatkan kaleng, render yang akan diberikan di permukaan teko itu salah. Selama kita tes, kami mengamati bahwa orang sering tidak menyadari efek ini. Namun, akan diakui, begitu kita pergi terlalu dekat dengan objek maya. Perhatikan juga bahwa benda-benda di belakang kamera tidak terlihat oleh lensa fisheye.


17

Gambar 15. Adegan yang diberikan di bawah kondisi pencahayaan yang berbeda. Dalam (a) ada sumber cahaya yang kuat di bagian kanan atas dari TKP. (B) Jika sumber cahaya relatif kecil, bayangan maya berakhir terlalu lunak. Lihat 4 Warna Lempeng.

Gambar. 16. Jika sumber cahaya relatif kecil, bayangan maya berakhir terlalu lunak. Dalam refleksi dari poci teh dalam angka (a) dan (b) penanda yang terlihat pada sisi kiri, meskipun pada kenyataannya itu adalah pada sisi kanan. Pada gambar (c) dan (d) kamera dan objek berada pada posisi yang sama, refleksi karena itu benar.


18

KesimpulanAlgoritma yang diusulkan dalam karya ini menyajikan Pengaturan Augmented Realitas, dimana obyek virtual yang diberikan foto-realistis disesuaikan dengan lingkungan nyata. Sistem kami didasarkan pada kedua shader vertex dan pixel untuk mencapai interaktif frame rate. Selain itu, kami fokus pada implementasi bayangan lembut. Kami mengizinkan gerakan sumber cahaya selama run-time yang menghasilkan membayangi persepsi yang benar. Dalam hal pekerjaan di masa depan, kami ingin menyelidiki teknik rendering yang lebih canggih untuk mensimulasikan benda dengan permukaan yang berbeda. Hasil kami juga akan ditingkatkan dengan kombinasi BRDF (digunakan untuk peta lingkungan) dengan rentang tinggi gambar dinamis dan pemetaan oklusi.


19

Daftar Pustakahttp://mi-lab.org/wp-content/blogs.dir/1/files/publications/Supan%20et%20al%20%20IJVR%202006%20-%20Image%20Based%20Shadowing%20in%20RealTime%20Augmented%20Reality.pdf Diakses Tanggal 16 November 2011, 11:32 http://www.cscjournals.org/csc/manuscript/Journals/AMIJ/volume1/Issue2/AMIJ-10.pdf Diakses Tanggal 16 November 2011, 11:46


20

laporan tugas resume light

Documents