Model oświetlenia. Radosław Mantiuk. Wydział Informatyki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Transkrypt

1 Model oświetlenia Radosław Mantiuk Wydział Informatyki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

2 Obliczenie koloru powierzchni (ang. Lighting) Światło biegnie od źródła światła, odbija się od powierzchni obiektów i trafia do oka. Kolor powierzchni zależy od ilości światła odbitego, pochłoniętego oraz wyemitowanego przez powierzchnię. Powierzchnia może w różny sposób oddziaływać z różnymi długościami fal świetlnych. Pictures courtasy of MIT, Lecture Notes Powierzchnia będzie miała kolor czerwony, jeżeli pochłania wszyskie długości fal z wyjątkiem długości odpowiadających barwie czerwonej.

3 Model oświetlenia Model oświetlenia (ang. illumination model) - sposób obliczania rozchodzenia się światła w danym otoczeniu prowadzący do wyznaczenia kolorów powierzchni. Shading - obliczanie kolorów obiektów parametry powierzchni - składowe ambient, diffuse i specular materiału, źródło światła - obiekt emitujący światło (ang. illumination), lighting oświetlenie sceny, wektory normalne - parametryzują kształt powierzchni, zmieniając kierunek wektorów normalnych można zmienić sposób interakcji powierzchni i światła, współrzędne tekstur - wektory określające sposób mapowania tekstury na powierzchnię obiektu.

4 Wektory normalne Reprezentacja kształtu powierzchni obiektu, definiują kąt pomiędzy źródłami światła a powierzchnią oraz pomiędzy kamerą a powierzchnią. P 2 P 3 P 1 N = (P 2 P 1 ) (P 3 P 1 )!!! ważna kolejność wierzchołków w trójkącie długość wektora normalnego powinna wynosić jeden

5 Modele oświetlenia Cook-Torrence Phong Bui Tuong Phong, Illumination for computer-generated images, Doctoral Dissertation, Blinn, James F., Models of Light Reflection for Computer Synthesized Pictures. Computer Graphics, SIGGRAPH 77 Proceedings, 11(2), July 1977, p Robert L. Cook, Kenneth E. Torrance, A reflectance model for computer graphics, Christophe Schlick, A Customizable Reflectance Model for Everyday Rendering, Fourth Eurographics Workshop on Rendering, Blinn

6 Model Phong'a: Składowe koloru ambient ambient + specular ambient + diffuse ambient + diffuse + specular

7 Równanie oświetlenia (model Phonga) Obliczenie koloru w wierzchołkach wielokątów na podstawie parametrów powierzchni oraz parametrów źródeł światła. i amb = m amb s amb i tot = i amb + N k (i diff k=1 k + i spec ) model oświetlenia Phong'a i diff = m diff s diff (l n) r n i spec = m spec s spec (v r) m shi v ρ l p

8 Światło otoczenia - składowa ambient Aproksymacja oświetlenia światłem odbitym od innych obiektów znajdujących się na scenie. Aproksymacja oświetlenia globalnego, zachowanie widoczności obiektów znajdujących się w cieniu. i amb = m amb s amb

9 Światło rozproszone - składowa diffuse Oświetlenie zależne od własności materiałów oraz własności źródeł światła. Prawo Lamberta - ilość światła docierająca do powierzchni jest proporcjonalna do kosinusa kąta między normalną do powierzchni i kierunkiem do źródła światła (istotne są kąty do 90 stopni). i diff = m diff s diff (l n) ρ n l p

10 Rozbłyski (ang. specular highlights) i spec = m spec s spec (v r) m shi v r ρ n l p Składowa specular zależy od położenia obserwatora, parametrów powierzchni i źródeł światła.

11 Rozbłyski - składowa specular shininess

12 Równanie oświetlenia (model Blinna) Obliczenie koloru w wierzchołkach wielokątów na podstawie parametrów powierzchni oraz parametrów źródeł światła. i tot = i amb + N k (i diff k=1 k + i spec ) i amb = m amb s amb i diff = m diff s diff (l n) h n i spec = m spec s spec (n h) m shi v ρ p 1 / 2 1 / 2 l h = l + v l + v

13 Modele oświetlenia bazujące na prawach fizyki Model Phong a jest aproksymacją rzeczywistego modelu oświetlenia. Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) - funkcja opisująca interakcję światła z daną powierzchnią. & Powierzchnie anizotropowe - różny sposób odbicia światła dla różnych kierunków padania. f r (ω i,ω o ) = dl r (ω o ) dl i (ω i )cosθ i dω i Pictures courtasy of MIT, Lecture Notes 6.837

14 Interpolacja płaska Średnia kolorów wierzchołków C 2 C = C 1 + C 2 + C 3 3 C 3 C 1

15 Interpolacja Gouraud'a Interpolacja koloru na podstawie kolorów wierzchołków C 2 C A = α C 3 + (1 α) C 2 α C B = β C 1 + (1 β) C 2 C A φ β C 3 C C B C = φ C A + (1 φ) C B C 1

16 Interpolacja koloru cieniowanie płaskie (ang. flat shading) obliczenia dla trójkąta cieniowanie Gouraud'a obliczenia dla wierzchołka trójkąta

17 Interpolacja koloru cieniowanie Gouraud'a, zbyt mała liczba trójkątów

18 Interpolacja wektorów normalnych (Phong) Interpolacja liniowa wektorów normalnych. Kolor piksela obliczany na podstawie wektora normalnego obliczonego dla danego piksela. N 2 N A = α N 3 + (1 α) N 2 α N B = β N 1 + (1 β) N 2 N A φ β N 3 N N B N = φ N B + (1 φ) N A N 1

19 Interpolacja dla pojedynczego piksela obliczenia dla każdego piksela obrazu