Livello di approfondimento della lezione. Texture mapping di solito spiegato in corsi di CG di base

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1 Texture mapping Davide Gadia, Daniele Marini Corso di Programmazione Grafica per il Tempo Reale Laurea Magistrale in Informatica per la Comunicazione a.a. 2013/2014 Livello di approfondimento della lezione Texture mapping di solito spiegato in corsi di CG di base Es: Grafica e Immagini Digitali Comunicazione Digitale In questa lezione (e prossima): Richiamo concetti base e spiegazione tecniche avanzate Implementazione in game engine e shader di tecniche basate su texture Fare riferimento a lezioni corsi già seguiti o a reference in fondo a queste slide per trattazione approfondita

2 Texturing Modifica dell'apparenza di una superficie Tramite informazioni contenute in una o + immagini salvate esternamente e caricate all'avvio dell'applicazione generate all'avvio dell'applicazione generate al momento. Texturing Obiettivo: Aumentare realismo a basso costo + =

3 Texturing Sintesi approccio texturing: Durante calcolo colore, ogni punto di una superficie è messo in relazione con un pixel della texture Texel Il valore del texel viene usato come parametro nel calcolo finale del colore di un pixel del frame buffer Es: il valore del texel sostituisce il colore del materiale originale = l'immagine della texture viene attaccata sulla superficie Es: il valore del texel viene unito al colore del materiale originale (tramite interpolazione) = immagine texture viene attaccata sulla superficie, ma modificata dalla componente di colore del materiale Pipeline semplificata texturing

4 Pipeline semplificata texturing Pipeline semplificata texturing

5 Projector function Definisce la relazione tra sistema di riferimento 3D oggetto e sistema di riferimento 2D dello spazio texture Spazio (u,v) Modelli complessi: SW modellazione permette definizione per ogni vertice Inizializzazione possibile tramite mesh unwrap Utilizzo di funzioni di proiezione basate su primitive base Sfera, cubo, cilindro,... Modelli definiti da superfici parametriche Coordinate (u,v) definite implicitamente Projector function

6 Projector function: mesh unwrap Projector function: sferica, cilindrica, cubica

7 Corresponder function Converte coordinate (u,v) in coordinate all'interno della texture Flessibilità nell'applicazione delle texture Gestione sotto-insiemi delle texture Applicazione trasformazioni Es: rotazione per applicare la texture ruotata alla superficie Gestione effetti quando (u,v) fuori dal range (0,1) Repeat, Mirror, Clamp, Border Corresponder function

8 Texture values I valori ottenuti nella fase precedente sono utilizzati per ottenere il valore della texture Pixel in un'immagine esterna Parametri in una funzione per una texture procedurale... Possibili altre trasformazioni Es: remapping in un nuovo range di valori Da (0,1) a (-1,1) Es: Comparazione tra valore texture e valore di riferimento Image texturing Caso + comune: Immagine 2D viene attaccata su una superficie Immagine salvata esternamente (su disco o in rete) Se superficie di destinazione copre un'area + grande o + piccola della dimensione della texture? Magnification e Minification Aliasing e filtering Solo cenni: vedere libro di testo

9 Texture sampling Quando mappiamo le coordinate texture sull array di texel difficilmente otteniamo un punto che corrisponde al centro di un texel Una possibilità è scegliere il texel più vicino (point sampling) Posso ottenere notevoli effetti di aliasing Texture sampling Minification: un pixel corrisponde a molti texel. La texture viene campionata : posso avere un effetto di mancanza di dettagli Magnification: un texel corrisponde a molti pixel. La texture viene ingrandita sull immagine

10 Texture sampling Posso decidere di fare una media dei texel adiacenti con un filtraggio bilineare: Trovare i 4 vicini del texel (floor e ceiling di u e v) Interpolare i texel in un parametro (u) Interpolare il risultato nell altro parametro (v) Usare il risultato per assegnare il colore al pixel Texture magnification Immagine 48x48 proiettata su 320x320 pixel Sinistra: filtro Nearest neighbour Centro: filtro Bilineare (media su 4 vicini) Destra: filtro Cubico (media pesata su 5 vicini)

11 Texture minification 1 pixel copre molti texel con point sampling posso avere artefatti tipo seghettature e pattern nelle immagini statiche Il filtraggio bilineare va bene se non ho una minificazione eccessiva Potrei considerare tutti i texel che sono coperti dal pixel area averaging, si fa la media dei pixel adiacenti Soluzione + utilizzata: Mipmapping Mipmapping

12 Mipmapping Non serve il doppio di spazio occupa 4/3 della memoria dell originale Mipmapping Senza MIP-mapping Con MIP-mapping

13 Bump mapping Tecnica per far apparire corrugate superfici lisce senza alterare il modello geometrico Basata sulla alterazione della normale alla superficie prima che venga applicato il modello di shading Valore da utilizzare per la perturbazione codificato in una texture a livelli di grigio n= p u p v n new =n old + d Bump mapping Giannitrapani e Fusiello

14 Bump mapping Bump Map Cylinder w/diffuse Texture Map Cylinder w/texture Map & Bump Map Durand and Cutler Normal mapping Variante di bump mapping Normale non viene perturbata: viene sostituita con un nuovo vettore Componenti XYZ del vettore codificati come colori RGB nella texture (normal map) Di solito precalcolate in fase di modellazione

15 Normal mapping Normal mapping Normali in coordinate locali Necessario calcolare vettori tangente e bi-tangente

16 Parallax mapping Normal mapping non può simulare effetti di profondità/occlusione di una parte della superficie rispetto ad un'altra Parallax mapping Usa una heightmap per offset nel valore della texture Ritorna un diverso valore di texture Displacement mapping Texture mapping usato principalmente nella fase di Fragment shading Con evoluzione pipeline e hardware grafico: possibilità di accedere a texture in vertex shading Utilizzo texture map per variare la geometria I texel rappresentano degli offset da applicare alla geometria p new = p old + h n

17 Environment mapping Le superfici altamente riflettenti riflettono l ambiente circostante Simulo la riflessione utilizzando una immagine panoramica nella scena Assumo che l'ambiente sia infinitamente lontano Environment mapping Miller and Hoffman, 1984

18 Environment mapping Terminator 2 Sphere mapping Ciascun pixel dell immagine corrisponde ad una direzione di osservazione

19 Cube mapping Cube mapping Calcolo vettore di riflessione Uso vettore come lookup nella mappa cubica Se supportato da hardware, procedura gestita in automatico

20 Light e Shadow mapping Precalcolo illuminazione e ombre e salvataggio in texture Scene statiche, interni : ombre e luci non cambiano Durante rendering, informazioni sono recuperate e utilizzate nel rendering Blending con illuminazione e ombre da calcolare in tempo reale (per oggetti in movimento) Problematiche: filtering adeguato Light e Shadow mapping

21 Texture procedurali Prossima lezione References Real time rendering 3rd edition : Cap 6 Slide e immagini da Slide CS 563 Advanced Topics in Computer Graphics (Worcester Polytechnic Institute) Slide corso Grafica e Immagini Digitali Comunicazione Digitale - Prof. Marini