RAY TRACING dan. Oleh : Karmilasari

Transkripsi

1 RAY TRACING dan RADIOSITY Oleh : Karmlasar

2 RAY TRACING vs. RADIOSITY 2

3 Revew : ILUMINASI Secara umum dlhat dar fsknya, model lumnas menggambaran perpndahan energ dan radas fokus pada sfat sfat cahaya danmateral fokus pada geometr cahaya, objek dan pengamat Pada setap permukaan, terdapat dstrbus cahaya yang mencrkan penyerapan dan pantulan sesua panjang gelombang Semua model lumnas, mendefnskan perkraan : berdasarkan samplng geometry, dstrbus cahaya dan cr materal, serta mengambl jalan pntas untuk dlakukan renderng 3

4 RAY TRACING 4

5 RAY TRACING Dalam grafk komputer, ray tracng adalah teknk untuk menghaslkan sebuah gambar dengan menelusur jalan cahaya melalu pxel dalam gambar 5

6 RAY TRACING Ray tracng mampu menghaslkan tngkat t ktj ketajaman gambar yang sangat tngg basanya lebh tngg dar pada metode tpe scanlne renderng, tetap baya komputas lebh besar. Ray tracng palng cocok untuk aplkas d mana gambar dapat drender perlahan terlebh dahulu, sepert pada gambar dam dan flm dan specal leffects televs, tl dan kurang lebh lbhcocok untuk realtme aplkas sepert game komputer, dmana kecepatan sangat pentng. Ray tracng mampu mensmulaskan berbaga efek opts, sepert refleks dan pembasan penyebaran, dan aberas kromatk. 6

7 RAY TRACING Terdapat 2 metode pada Ray Tracng yatu: 1. Forward Ray Tracng. Metode n memperhtungkan semua snar yang dpancarkan oleh sumber cahaya, y, bak yang mengena mata ataupun tdak. 2. Backward Ray Tracng. Cara kerja dar metode n adalah dengan menelusur snar yang mengenamatamata dtelusur kembal ke sumber cahaya. 7

8 Forward Ray Tracng Metode n memperhtungkan keakuratan penghtungan warna, namun menjad tdak efektf karena jumlah snar yang dpancarkan oleh suatu sumber cahaya sangat banyak (bsa mencapa jutaan snar), dan jka snar tdak mengena mata maka snar tersebut akan tdak dperhtungkan mesk telah dhtung sebelumnya. Hal n akan menmbulkan banyak penghtungan sa sa karena banyaknya snar yang tdak dperhtungkan kemudan. 8

9 Backward Ray Tracng Snar yang mengena mata tersebut akan dtelusur menuju ke layar penggambaran dengan memperhtungkan nla dar objek objek yang ada pada penggambaran sehngga ddapatkan apakah snar tersebut mengena objek yang ada. Proses penelusuran n dlakukan untuk setap pxel dar ukuran layar penggambaran. Hal n menyebabkan semakn besar ukuran layar penggambaran maka semakn lama proses perhtungan yang dlakukan, dan demkan pula sebalknya 9

10 Backward Ray Tracng Jka snar mengena salah lhsatu benda maka akan dperhtungkan warna pxel tersebut dengan memperhtungkan warna benda dan juga nla pencahayaan yang mengena benda tersebut. Jka snar tdak mengena benda maka nla pxel akan dset menjad warna background (default warna background adalah warna htam). Hal yang perlu dperhtungkan adalah bla snar mengena benda dan terdapat tbenda lan l d blk belakang benda yang dtabrak maka snar yang mengena benda tersebut hanya dperhtungkan untuk tabrakan dengan benda pertama (benda terdepan) karena benda yang terletak d belakang benda yang lan past tdak akan terlhat. 10

11 Backward Ray Tracng Pada gambar d atas tampak bahwa snar yang berasal dar sumber cahaya terus ke mata dankemudan dar ttk mata, snar tersebut dtelusur kembal. Dalam contoh kasus d atas, snar yang dtelusur kembal ternyata menabrak benda pada poss u,v pada frame buffer / layar penggambaran. Pada saat menabrak nlah maka nla pxel pada frame buffer akan dhtung dengan memperhtungkan semua nla ambent / dffuse / specular dar semua cahaya yang ada. 11

12 Backward Ray Tracng Langkah a yang daua dlakukan 1. Melakukan settng / dgunakan untuk penghtungan objek objek 3 dmens. Asumskan bahwa layar penggambaran memlk 2 varabel sumbu yatu u dan v. Sumbu u adalah sumbu ke kanan dan range dar sumbu u adalah W sampa dengan W. Sumbu v adalah sumbu ke atas dan range dar sumbu v adalah H sampa dengan H 12

13 Backward Ray Tracng 2. Penentuan nla dar W dan H yang sebelumnya dasumskan sebaga range dar sumbu u dan v tersebut. Penghtungan nla W dan H tampak sepert gambar d bawah n: Pada gambar d atas tampak bahwa mata memlk sudut pandang yang dnamakan sebaga θ. Sehngga untuk mendapatkan nla tngg dar near plane / W maka bsa ddapatkan dar rumus matematka yatu H =N.Tan(θ/2) 13

14 Backward Ray Tracng Varabel N adalah jarak antara mata dengan bdang bdang u dan v. Penentuan nla W, ddapatkan dengan mengalkan nla H dengan aspect rato layar penggambaran / bdang u v. (W = H. aspect rato). Setelah nla H dan W dtentukan, maka nla poss U c dan V r r, yang bla dturunkan adalah sebaga berkut: Rumus d atas dgunakan untuk menentukan nla (U c,v r ) dalam hubungannya dengan W dan H. 14

15 Backward Ray Tracng 3. Penentuan persamaan snar dtelusur dar mata ke pxel tujuan yang dlakukan dengan menggunakan rumus r(t)=eye(1 t) + (eye Nn + U c u + V r v)t Eye adalah dlhttk mata (dalam x,y,z), N adalah dlhjarak antara mata dengan blangan u v, U c dan V r adalah poss pxel pada bdang u v dan t adalah ttk tabrak snar dengan benda (akan dperhtungkan kemudan). Rumus d atas dsederhanakan menjad : r(t)=eye+dr rc.t, dr rc = N n + U c u + V r 15

16 Backward Ray Tracng Secaraumum umum, ray tracng dapat dbentuk dar algortma berkut n: 16

17 RADIOSITY 17

18 RADIOSITY Radosty adalah tngkat d mana energ yang dpancarkan atau dpantulkan oleh permukaan. Dsebut juga Ilumnas Global Haslnya palng realsts dbandngkan metode lan 18

19 EFEK RADIOSITY Cahaya puthmengena bolamerah Ada pantulan cahaya merah dar bola ke objek lan d sekellngnya Lanta puth d sektar bola menjad kemerah merahan h 19

20 RADIOSITY Metode radosty pertama kal dkembangkan dalam pemndahan panas radas (Segel dan Howell,1984) untuk menjelaskan pemndahan panas antara elemen d dalam perapan atau pada sebuah pesawat at terbang. Metode radosty adalah sebuah algortma ruang obyek yang menyelesakan ntenstas pada ttk dskrt atau lekatan permukaan dalam sebuah lngkungan dan bukan untuk pxel d dalam sebuah proyeks bdang gambar. Jad penyelesaannya y tdak tergantung pada poss objek. Metode n sangat bagus untuk menghaslkan gambar dar lngkungan nteror, yang kebanyakan kumpulan dar obyek yang bukan spekular, dan n menghaslkan nteror yang kelhatan nyata. 20

21 KELEBIHAN RADIOSITY Radosty dapat mensmulaskan k efek fk efek fkcahaya dalam kehdupan sehar har Soft shadow (Bayangan dalam kehdupan nyata yang tdak terlalu tampak gelap tetap semu). Color Bleed (Pendekatan 2 benda yang warnanya kontras maka warna salah satu benda akan menyebrang kebenda lan). Ambent Occluson (AO), contohnya pencahayaan tdak langsung dan bayangan yang dhaslkannya. 21

22 KEKURANGAN RADIOSITY Membutuhkan baya yang mahal. Membutuhkan waktu yang lama untuk menghaslkan hasl yang realstk. Membutuhkan kapastas memoryyangyang besar 22

23 TEORI DASAR RADIOSITY Radosty (B): energ per satuan luas yang mennggalkan permukaan per satuan waktu; total energ yang dpancarkan dan yang dpantulkan B da E da R j B j F j da Radosty x luas = energ dpancarkan + energ dpantulkan 23

24 TEORI DASAR RADIOSITY TEORI DASAR RADIOSITY Hubungan tmbal balk: j j j A F A F Setelah dbag dengan da : j j F B R E B j Untuk lngkungan dskrt: n j j F B R E B 24 j j j F B R E B 1

25 TEORI DASAR RADIOSITY Tap permukaan salng mempengaruh, sehngga perlu menyelesakan n persamaan secara smultan: R1F 11 R1F R1F 1 R2 F21 1 R2 F22... R2 F Rn Fn 1 Rn Fn Rn F 1 n 1 1 n 2 nn B1 E B2 E Bn En Radosty bersfat monokromatk. Untuk RGB, lakukan perhtungan untuk tap warna 25

26 FORM FACTOR F j = energ dar permukaan A yang sampa ke A j energ dar permukaan A yang menyebar ke semua arah dalam ruang hemsphere yang melngkup A F j 1 cos cos j daj da A r 2 AA j 26

27 ASUMSI DALAM PERHITUNGAN FORM FACTOR Berlaku hukum kekekalan energ n j1 F 1 j Pantulan cahaya seragam A F j A j F j Permukaan datar atau convex F jj 0 27