Non-Photorealistic Rendering
Inhalt 1.Begriffserklärung 2.Warum NPR? 3.Beispiele 4.Feature Edges 5.Cool to Warm Shading 6.Toon Shading 7.Real Time Hatching
Non-Photorealistic Rendering Using a term like 'nonlinear science' is like referring to the bulk of zoology as 'the study of nonelephant animals.' Stanislaw Ulam Erzeugung von Bildern mit erklärt anderem Ziel als photorealistischer Darstellung Viele Unterkategorien: - abstract rendering - artistic rendering - comprehensive rendering
Warum NPR? Klarere Informationsvermittlung Zusätzliche Informationen unterbringen Kunststile nachahmen Kunst erschaffen
Painterly Rendering Verschiedene Stilrichtungen möglich: Impressionismus, Expressionismus, Pointilissmus, etc. Aaron Hertzmann, 98 [1]
Manga Colorization Identifizieren und kolorieren von Regionen Tien-Tsin Wong et al. 06 [2]
Scientific Visualization Farbliche Kodierung von Oberflächenkrümmungen Stefanie Hahmann, 99 [3]
Cut-Away View Blick ins Innere von Objekten durch Ausschneiden von äußeren Schichten Wilmot Li et al. 07[4] Diepstraten et al. 03 [5]
Sketchy Rendering Nachahmung von Bleistiftzeichnung NPRQuake[6] Praun et al. 01 [7]
Toon Shading Comic-artige Darstellung Mitchell et al. 07 [8] The Legend of Zelda: The Wind Waker [9]
NPR in AR Anwendung von NPR-Verfahren für stärkere Immersion Fischer et al. [10]
Feature Edges Silhouettes Boundaries (Grenzen) Discontinuities (Unstetigkeiten)
Feature Edges Definition Silhouettes: Definition Boundaries : Kante ist nur Bestandteil eines Polygons
Feature Edges Definition Discontinuities: Winkel < -> Ridge Winkel > -> Valley
Feature Edges Image Space : Verfahren untersuchen gerendertes Bild Object Space : Verfahren untersuchen Objekt Daten (Polygon Mesh)
Image Space Tiefenpuffer in Textur rendern Kantendetektion (Sobel-Operator) Normalen in Textur rendern Kantendetektion (Sobel-Operator) Green et al. 99 [11]
Image Space Kombination :
Object Space Objekt 2 mal ausgeben lassen Bei einem Objekt Eckpunkte entlang ihrer Normalen verschieben Objekt im Hintergrund anzeigen Probleme: Bei orthogonalen Eckpunktnormalen enstehen Lücken Objekte verdecken Silhouetten
Cool to Warm Shading Anwendung bei z.b. technischen Illustrationen Gooch et al. 98 [12]
Cool to Warm Shading
Toon Shading Erzeugt Comic-artige Darstellung Farbwerte in 1D Textur gespeichert Berechnung pro Vertex: n l Skalarprodukt gibt an welcher Texel verwendet wird Lake et al. 00[13]
Real Time Hatching Praun at al. 01[7]
Hatching Schraffur: feine parallele Linien Schatten Form Oberflächenbeschaffenheit
Real Time Hatching Praun et al. Siggraph 2001 Object-Space basiertes Verfahren Sammlungen von MipMap Texturen Multitexturing Räumliche und Zeitliche Kohärenz Bleistift, Kohle, Tusche...
Mip Mapping Multum in parvo (vieles in kleinen Teilen) Problem Verkleinerung: mehrere Texel für ein Pixel Qualitätsverlust oder Erhöhung der Rechenzeit Textur in verschiedenen größen gespeichert
Tonal Art Map Einzelne Striche zeichnen ist teuer Alternative: Striche in Texturen rendern MipMaps um Strichbreite konstant zu halten Praun at al. 01[7]
Praun at al. 01[7]
Tonal Art Maps Alle Striche aus einem Bild kommen auch in allen größeren vor Praun at al. 01[7]
Tonal Art Maps Alle Striche aus einem Bild kommen auch in allen dunkleren vor Dunkleren Wenig Artefakte beim interpolieren zwischen den Helligkeitsstufen Praun at al. 01[7]
Orientierung Schraffur verdeutlicht Form Striche folgen den Krümmungen Richtungsfeld berechnen und glätten. Probleme bei glatten oder spherischen Flächen Hertzmann, A., and Zorin, D. Illustrating smooth surfaces Proceedings of SIGGRAPH 2000, 517 526
Rendern Texturen zur Darstellung detaillierter Materialien Schraffuren zeigen aber auch Beleuchtung Lösung: Szene untexturiert Beleuchten (CPU) Farbwerte ermitteln Entsprechende Texturen verwenden Ohne Beleuchtung rendern Problem: harte Kanten Praun at al. 01[7]
Rendern Pro Eckpunkt: Nächst hellere und nächst dunklere Texturen finden Texturen interpolieren Praun at al. 01[7]
Rendern Pro Fläche Texturen der Eckpunkte interpolieren Praun at al. 01[7]
Beispiele a) Wenig Striche am Pol der Kugel (MipMap) b) glatte Helligkeitsübergänge c) Zusammenspiel von a) und b) a) b) c)
Video
Quellen (Teil1) [1] Aaron Hertzmann, Painterly rendering with curved brush strokes of multiple sizes, Siggraph 98 [2] Tien-Tsin Wong, Yingge Qu, Pheng-Ann Heng, Manga Colorization, Siggraph 06 [3] Stefanie Hahmann, Visualization Techniques for surface analysis, Advanced Visualizatoin Techniques, 99 [4] Wilmot Li, Lincoln Ritter, Maneesh Agrawala, Brian Curless, David Salesin, Interactive Cutaway Illustrations of Complex 3D Models, Siggraph 07 [5] J. Diepstraten, D. Weiskopf, T. Ertl, Transparency in Interactive Technical Illustrations in Computer Graphics Forum 22, 03 [6] NPRQuake http://www.cs.wisc.edu/graphics/gallery/nprquake [7] Praun, E., Hoppe, H., Webb, M., and Finkelstein, A. Real-Time Hatching In Proc. of SIGGRAPH 2001, 581--586. [8] Jason Mitchell, Moby Francke, Dhabih Eng, Illustrative rendering in Team Fortress 2, NPAR 07 [9] The Legend of Zelda: The Wind Waker, Nintendo [10] J. Fischer, D. Bartz, W. Straßer, Stylized Augmented Reality for Improved Immersion, Proceedings of IEEE Virtual Reality (VR) [11] S. Green, D. Salesin, S. Schofield, A. Hertzmann, P. Litwinowicz, A. Gooch, C. Curtis, B. Gooch, Non-Photorealistic Rendering, Siggraph 99 [12] Amy Gooch, Bruce Gooch, Peter Shirley, Elaine Cohen, A non-photorealistic lightning model for automatic technical illustration Siggraph 98 [13] A. Lake, C. Marshall, M. Harris, M. Blackstein Stylized rendering techniques for scalable real-time 3D animation Cover from: Jon Farrel, http://qualitytrash.blogspot.com/2007/09/non-photorealistic-rendering-tests.html