Autour de la BRDF 1 Installation de BRDF Explorer 2 Mod`eles

Autour de la BRDF
Exploration des concepts de la BRDF
Romain Pacanowski
18 Mars 2015
Dans ce TP vous allez utiliser BRDF Explorer et Matlab afin de vous familioriser avec les
mod`eles de BRDF, leur parametrisation et leur capacit´e `a approximer les donn´ees mesur´ees.
La premi`ere partie du TP n´ecessite d’installer BRDF Explorer tandis que la seconde
n´ecessite d’utliser Matlab.
Un compte-rendu est attendu `
a la fin de la seconde s´
eance. Dans ce dernier,
vous r´
epondrez aux diff´
erentes questions qui vous sont pos´
ees et vous illustrerez
vos r´
eponses `
a l’aide de capture d’´
ecran et de graphiques.
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Installation de BRDF Explorer
1.1
Instructions `
a suivre sous linux
- T´el´echargez l’archive `
a l’adresse suivante : https://github.com/wdas/brdf/archive/
master.zip
- D´ecompressez l’archive : unzip brdf-master.zip
- Allez dans le r´epertoire : cd brdf-master
- Configurez le Makefile : qmake-qt4 prefix=PATH ABSOLU VERS SRC
- Lancez la compilation : make
- Lancez BRDF Explorer : cd src puis .brdfbrdf
1.2
Instructions `
a suivre sous windows
- T´el´echargez https://github.com/downloads/wdas/brdf/brdf-1.0.0-win32.zip
- D´ecompressez l’archive
- Executez brdf.exe en double cliquant dessus
2
Mod`
eles Analytiques
Exercice 2.1 Analyse de mod`
eles de BRDFs
Une fois BRDF Explorer lanc´e, chargez des mod`eles de BRDFs analytiques :
- Menu File puis Open BRDF puis aller dans le sous repertoire brdf
- Commencez par charger blinn.brdf
Pour chaque mod`ele de BRDF vous allez analyser :
— Donnez la formule du mod`ele de BRDF impl´ement´e (cf. fichier .brdf) et comparez la,
lorsque c’est possible, avec la formule du cours.
— L’effet de leur param`etres sur le 3D Plot, Polar Plot ainsi que le rendu obtenu dans la
partie basse de la fˆenetre en mode Lit Sphere, Lit Object et Image Slice.
— Faites varier aussi les angles d’incidence de la lumi`ere. Quels sont les angles que vous
devez modifier pour visualiser toutes les configurations de la BRDF isotrope (resp.
anisotrope) ?
— Quelle est la param´etrisation utilis´ee pour la vue Image Slice ?
— Comment varient des valeurs d’albedos (i.e., la r´eflectance h´emisph´erique directionnelle)
Poursuivez votre comparaisons avec les mod`eles isotropes suivants :
— blinnphong.brdf
— cooktorrance.brdf
Enfin, vous comparerez aussi les BRDFs anisotropes de Ward (ward.brdf) et d’AshiskminShirley (ashikhman shirley.brdf).
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Mesures
Exercice 3.1 Analyse de BRDF Mesur´
ees
Dans cette partie du TP vous allez t´el´echarger quelques mat´eriaux `a l’URL suivante :
http://people.csail.mit.edu/wojciech/BRDFDatabase/brdfs/
Comme dans l’exercide pr´ec´edent analyser les diff´erentes mesures. Classifier (diffus, sp´eculaire,
glossy, couleurs) les mesures suivantes :
- blue-metallic-paint.binary
- chrome.binary
- color-changing-paint1.binary
- grease-covered-steel.binary
- green-acrylic.binary
- cherry235.binary
1. Quelles sont les donn´ees qui vous semblent le plus fiables ? Justifiez votre r´eponse `
a
l’aide d’une capture ´ecran d’un graphique appropri´e
2. Quelles sont selon vous les configurations g´eom´etriques vous semblent les plus fiables ?
Justifiez votre r´eponse `
a l’aide d’une capture ´ecran d’un graphique appropri´e
3. Pour ces types de BRDF mesur´ees, `a votre avis, comment sont obtenus les graphiques
ainsi que les images de synth`ese ?
Exercice 3.2
En vous aidant de de BRDF Explorer justifiez les domaines de d´efinitions de chaque
param`etre de la param´etrisation de Rusinkiewicz : (θh , θd , φh , φd )
Dans cette param´etrisation,
- quel est le param`etre invariant lorsque la BRDF est isotrope ?
- quel est le param`etre reli´e au facteur de Fresnel ?
- quel est le param`etre reli´e `
a l’anisotropie de la BRDF ?
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Approximation
Exercice 4.1 Approximation non-lin´
eaire de mesures
Dans cette partie du TP vous allez t´el´echarger les mesures de BRDF exprim´ees dans la
param´etrisation de Rusinkiewicz et tenter de les approximer avec deux mod`eles analytiques :
- Blinn-Phong
- Ward
Vous utiliserez les fonctions Matlab fmincon et lsqnonlin. Les donn´ees sont t´el´echargeables
aux urls suivantes :
— blue-metallic-paint
— cherry-235
— chrome
— color-changing-paint1
— grease-covered-steel
N’oubliez pas de d´ecompresser les diff´erentes archives t´el´echarg´ees.
- Quelles sont les diff´erences entre les fonctions fmincon et lsnqnonlin Matlab
- Proposez deux formulations pour la minimisation du probl`eme non-lin´eaire
- D´erivez `
a la main les jacobiens pour les deux mod`eles de BRDFs ci-dessus
- Dans quelle param´etrisation allez-vous effectuer l’approximation non-lin´eaire ?
- Impl´ementez un fit non-lin´eaire pour chaque m´ethode
- Quels sont les r´esultats (norme L2 et Linf) obtenus pour chaque approximation de
mat´eriaux ?
- Etant donn´e les param`etres trouv´es par votre proc´edure d approximation, visualisez la
qualit´e de vos approximations dans BRDF Explorer. Pour ce faire, chargez les mesures
(sour la forme du fichier ´equivalent .binary), puis le mod`ele analytique et configurez
ses param`etres avec les bonnes valeurs. Visualisez les diff´erences, de mani`ere visuelles
dans la zone de rendu ainsi que sur les graphiques.
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