# ISIM: Rendu photorealiste 2

# La Radiosite
On essaye d'estimer la "*radiosite*" de chaque element de la scene, c'est a dire la quantite d'energie de chaque element emet...

- B_i$ la radiosite de la surface $i$
- $E_i$ la quantite de lumiere emise par la surface $i$
- $P_i$ la fraction de lumiere incidente qui est reflechie par la surface $i$
- $F_{ij}$ la fraction de lumiere quittant la surface $i$ et atteignant la surface $j$

$$
B_i = E_i + P_i\sum_i(F_{ij}B_j)
$$

Calcul des $F_{ij}$ par hemi-cubes
On projet un triangle, la partie bleue est la projection de ce triangle.
:::success
Cela nous donne le niveau d'energie recue par "petits carres".
:::


:::warning
Ne permet pas directement de calculer une vue de la scene mais simplement l'illumination globale
:::
- Avantages:
- Prend mieux en compte les sources secondaires
- Calculee une fois pour toutes
- Inconvenients
- Tient compte de la diffusion
- Assez lourd
- Obligation d'avoir un maillage (il faut discretiser les surfaces)
- Objets transparents ?

# *Photon map*
:::info
- Pre-calcul de l'illumination de la scene
- Lancement des rayons lumineux depuis les sources et calcul des accumulations des photons
:::
- Avantages:
- Permet de modeliser plus proprement les sources secondaires, les ombres portees (...) et surtout les objets transparents (caustiques)
- Faire des ombres correctes sous les objets transparents
- Inconvenients
- Calculs
- Complexite
- Penible a coder

Resultats: video manquante :(

Ameliorations:
- Projection Maps
- Visual importance map (3-pass Technique)
- Shadow photons
- ...

# *Path Tracing/Bidirectional Path Tracing*
- Modelisation des proprietes de reflexion des surfaces: (Bidirectional reflectance distribution function BRDF) (idem pour la transmission)
- Si on a une surface et qu'on lance un laser, qu'elle est l'energie ressortante en fonction de l'angle d'incidence?
- Solution pour resoudre l'illumination

:::info
BRDF: Biderectional reflectance distribution function (Reflectivite bidirectionnelle)
:::
Conservative:
$$
\int f_r(x,\theta,\theta_o)L_{input}(x, \theta_i)\vert\theta_i.N_x\vert\delta w_0\le 1
$$
Reciprocite de Helmholtz:
$$
f_r(x, \theta_i, \theta_o) = f_r(x,\theta_o^{-1}, \theta_i^{-1})
$$

- Mesuree
- Goniophotometer
- ...
- Modele
- Blinn-Phong
- Cook-Torrance
- GGX
- ...

Principe du rendu:


## *Path Tracing*
- Avantages:
- Rendu realiste
- Convient bien aux scenes d'exterieurs
- Prend bien en compte l'apport des autres objets
- Rend les caustiques
- Possibilite de modeliser les effets (profondeur de champ...)
- Inconvenients:
- len
- bruite (Il faut bcp d'iterations pour converger)
- difficile pour scenes avec des petites sources lumineuse (ou sources cachees)

## Bidirection Path Tracing
:::success
Amelioration du calcul du rendu
- Lancement des rayons depuis l'observateur et depuis les sources
:::

Avantages:
- Facilite la recherche du chemin vers la source lumineuse
- Permet de modeliser les petites sources lumineuses

# *PBGI*: Point-Based Global Illumination
- Tres peu enseigne
- Beaucoup utilise dans l'industrie du cinema
- *Monster Academy*: 1er long-metrage en raytracing
- *La-haut*: utiliser PBGI
- *SFX de Pirates des Caraibes* avec PBGI

:::info
Methode pour estimer l'illumination globales
:::
- Avantages:
- Rapide
- Image non bruitee (*pas d'artefacts temporel*)
- Inconvenients
- Pas aussi precis que le *raytracing*
- Difficile de gerer les effets miroir

:::success
Approximation de la scene par nuage de points
- Un point - un disque de couleur
- Calcul de l'illumination direct de la scene


:::
- Approximation de la scene par nuage de points
- Un point = un disque de couleur
- Calcul de l'illumination directe de la scene

:::danger
**Regroupement des points**
:::
Calcul de l'illumiantion globale
- Calcul de la contribution des points sur un disque
- Pour les points eloignes
- Utilisation du cluster
- Pour les points proches
- Raytracing
- Pour les autres points
- Utilisation directe du disque


# Bilan et remarques
## Rendus
Rendu simple

Rendu simple avec anti-aliasing

Rendu avec la radiosite

Rendu avec les photons

Rendu avec la radiosite et les photons

Rendu avec anti-aliasing

## Bilan
- Raytracing
- Calcul de l'illumination en fonction d'un point de vue
- Calcul l'illumination approximatif : gère mal les objets transparents, les lumières secondaires, les ombres portées...
- On peut combiner cet algorithme avec des techniques de calcul d'illumination globale pour palier à ces problèmes
- Radiosity
- Calcul l'illumination globale
- Gère que la diffusion mais améliore l'apport des lumières secondaires
- PhotonMap
- Calcul l'illumination globale
- Plus diffcile à mettre en ÷uvre (implémentation, artéfacts...)
- Gère bien les objets transparents (caustiques) et éventuellement les ombres portées et les sources secondaires
- PathTracing
- Gère bien les objets transparents, les lumières secondaires, les ombres portées
- Calcul très long
- Risque d'apparition de bruit
- PBGI

## Remarques sur l'implementation
- Doit être bien réfléchie
- Parallélisation possible
- Utilisation du GPU possible
- ...

## Modelisation
Pour chaque "forme" il faut être capable de:
- calculer la normale en chaque point
- calculer l'intersection avec une droite,
- éventuellement calculer les coordonnées de la texture

*Calcul des intersections : dans le repère monde ou le repère
objet ?*

## Pour aller plus loin
- Textures
- Autres effets (Brouillard, Bleu atmosphérique, ...)
- ...
- génération d'anaglyphes (cyan et rouge (espacement $\frac{1}{30} ∗ f$ ))


# Post scriptum
## Raycasting
:::info
*Principe*: On ne lance que les rayons depuis l'observateur et on ne calcul
pas les rebonds...
:::
*(Raytracing est une extension du raycasting ?)*

Wolfstein:
- On lance des rayons dans le plan!



La longueur du rayon permet de conclure sur la hauteur du mur
- 1 rayon donne 1 colonne de l'image + gestion des objets

Avanatages:
- Algorithme rapide

:::warning
On est loin du rendu photoréaliste...
:::