WYKŁAD 10 MODELOWANIE OŚWIETLENIA SCEN 3-D3. Plan wykładu: 1. Sformułowanie problemu

Transkrypt

1 WYKŁAD 0 MODEOWANIE OŚWIETENIA SCEN -D. Sformułownie roblemu v źróło świtł z v obiekt (x,, z ) Pln wkłu: iksel (x, ) Sformułownie roblemu Postwowe moele oświetleni Algortm genercji obrzów scen oświetlonch rost rzutowni O czego zleż stoień jsności lub kolor unktu (iksel) (x, ), bęącego rzutem unktu (x,, z), g n scenie wstęuje źróło świtł? x v Stoień jsności lub kolor unktu (iksel) ( x, ) zleż o wielu cznników. W szczególności może zleżeć o: geometrii ukłu (wzjemnego ustuowni obiektu i źrół świtł, ksztłtu obiektu, sosobu rzutowni), chrkterstki źrół świtł (intenswności świeceni, koloru, tłumieni świtł w rzestrzeni, kierunkowości), chrkterstki owierzchni obiektu (obijni, rozrszni, ochłnini, rzeuszczni, koloru owierzchni), chrkterstki rozchozeni się świtł obitego, chrkterstki świtł rozroszonego, oświetlni obiektu świtłem obitm (n. o innch obiektów znjującch się n scenie), Jkie rzjąć złożeni? Jk l rzjętch złożeń obliczć stoień jsności lub kolor unktu (iksel) ( x, )? Jk zreukowć ilość obliczeń?. Postwowe moele oświetleni moel l oświetlni świtłem otoczeni, moel l obiektów o obiciu fuzjnm, moel l obiektów o obiciu zwiercilnm, moel l obiektów rzezroczstch,

2 Moel oświetlni świtłem otoczeni: Złożeni: N scenie wstęuje jenie świtło rozroszone (bezkierunkowe). Powierzchnie obiektów obijją świtło Moel oświetleni: Moel oświetlni l owierzchni rozrszjącch (fuzjnch): Złożeni: N scenie wstęuje unktowe źróło świtł emitujące świtło tk smo we wszstkich kierunkch. Powierzchnie obiektów rozrszją świtło (są mtowe). Moel oświetleni: Moel oier się n rwie cosinusów mbert. I - intenswność oświetleni unktu owierzchni, I źróło świtł I - intenswność l świtł rozroszonego, k - wsółcznnik obici świtł rozroszonego rzez owierzchnię, wsółcznnik zleż o mteriłu z jkiego wkonn jest obiekt, k [ 0,] cos N k I - intenswność oświetleni unktu owierzchni, I -intenswność świeceni unktowego źrół świtł, k - wsółcznnik obici rzez owierzchnię, wsółcznnik zleż o mteriłu z jkiego wkonn jest obiekt, k [ 0,] - kąt mięz kierunkiem ni świtł rostołą o oświetlnej owierzchni w bnm unkcie, o o 90, 90 [ ] Jeśli oowienie kierunki oisć znormlizownmi wektormi, to moel możn zisć też jko ( N ) N - jenostkow wektor normln o owierzchni w bnm unkcie, - jenostkow wektor oisując kierunek ni świtł. Moel nie uwzglęni wielu istotnch cznników. Mofikcj : Uwzglęnienie świtł rozroszonego Te element scen, n które nie ją bezośrenio romienie wsłne rzez unktowe źróło świtł nie bęą wioczne. Mofikcj oleg n ołączeniu moelu ortego n rwie cosinusów z moelem l świtł rozroszonego. gzie + I ( N ) I - intenswność l świtł rozroszonego, k - wsółcznnik obici świtł rozroszonego rzez owierzchnię.

3 Mofikcj : Uwzglęnienie tłumieni świtł emitownego rzez źróło Z oświczeni wiomo, że obiekt ołożone lej o źrół świtł, są oświetlne słbiej. Mofikcj oleg n uwzglęnieniu zjwisk tłumieni rzez wrowzeniu wsółcznnik tłumieni f tt. + f tt I ( N ) Jk uzleżnić wsółcznnik f tt, o oległości mięz źrółem świtł bnm unktem owierzchni? Z fizki wiomo, że f = tt gzie jest oległością omięz źrółem świtł unktem oświetlnej owierzchni. W rktce owższ wzór nie je zbt obrch wników, bowiem: jeśli jest uże, f tt zmieni się niezncznie nwet l leko ołożonch o siebie owierzchni, jeśli jest młe, f tt zmieni się brzo zncznie nwet l blisko ołożonch o siebie owierzchni, W grfice komuterowej stosuje się więc brziej ogólną zleżność w ostci: = min, c + c + c ftt gzie c, c, c są stłmi obiernmi emircznie. Mofikcj : Uwzglęnienie oległości oświetlonego obiektu o obserwtor Z oświczeni wiomo, że obiekt ołożone lej o obserwtor, są ostrzegne jko oświetlne słbiej. Zjwisko to uwzglęni się w rost sosób, mofikując wznczoną rz omoc orzenio omówionch moeli intenswność I nstęująco: v - oległość oświetlnego unktu owierzchni o obserwtor, ( v ) - funkcj o rzebiegu okznm n rsunku (rzkł tkiej funkcji) I = I ( v ) ( v ) v Moel oświetlni l owierzchni obijjącch świtło: Złożeni: N scenie wstęuje unktowe źróło świtł emitujące świtło tk smo we wszstkich kierunkch. Powierzchnie obiektów obij świtło (różnie w różnch kierunkch). Przkł: Ielne zwierciło I źróło świtł N R V kierunek obserwcji Oświetln unkt owierzchni, bęzie wioczn l obserwtor tlko wte, g kierunek wektor R bęzie się okrwł z kierunkiem wektor V.

4 Wje się sensowne oszukiwnie moelu owierzchni, któr łącz włsności rozrszni i obijni świtł. Moel tkim jest moel zwn moelem Phong (zroonowł go Phong Bui Tuong) Moel oświetleni: (Phong) + f tt I n [ k cos + W ( ) cos ] Moel Phong możn wte zisć w ostci: + f tt I [ k ( N ) + k ( V R ) ] n W moelu ostwową rolę ogrw skłnik cos n, uzleżnijąc intenswność oświetleni unktu owierzchni o kąt obserwcji. Wjśnić możn to bjąc rzebieg funkcji cos n. n = s n = 0 W() - ewn funkcj kąt (zleż o włsności mteriłu), często funkcję tą zstęuje się stłą k s, czli rmetr nie zleż wte o kąt o jkim świtło n nlizown unkt owierzchni, n - stł n [, 00] n = 00 Wniosek jest nstęując: młe n R szeroki stożek wioczności Moele oświetlni l obiektów, które rzeuszczją świtło: Postw fizczne: Prz rzejściu z jenego ośrok rzezroczstego o rugiego romień świetln uleg złmniu. v v η uże n R wąski stożek wioczności Zjwisko jest oisne rzez rwo Snell. sin v = sinη v Jeżeli n uzskuje się rwie ielne zwierciło. gzie v i v są oowienio rękościmi rozchozeni się świtł w ierwszm i rugim ośroku.

5 Prz rzejściu rzez rzezroczstą łtkę nstęuje owójne złmnie, które owouje równoległe rzesunięcie romieni. Njrostsz moel rzezroczstości: Przezroczstość interolown z v wielobok (nierzezroczst) wielobok (rzezroczst) Przesunięcie romieni zleż o orzenio wmienionch rmetrów i grubości łtki. Omówione ostw fizczne stosuje się o buow moeli rzechozeni świtł rzez obiekt. Dl rzkłu, znne są moele oisujące rzechozenie świtł rzez szb, są one wkorzstwne w smultorch lotu. kierunek obserwcji I = ( k t ) I t + k I I - intenswność oświetleni wieloboku, I - intenswność oświetleni wieloboku, k t - wsółcznnik rzezroczstości wieloboku, [ 0,]. k t = 0 - wielobok nierzezroczst, k t = - wielobok cłkowicie rzezroczst, x v k t. Algortm genercji obrzów scen oświetlonch Renering - Algortm bezośreni: cieniownie, oblicznie jsności (koloru) oszczególnch ikseli obrzu scen z uwzglęnieniem mięz innmi efektów oświetleni.. Dl unktu obrzu (iksel) o wsółrzęnch ( x, ) obliczć oowieni unkt wiocznej owierzchni obiektu ( x,, z ).. Dl unktu ( x,, z ) zstosowć wbrn moel oświetleni i obliczć intenswność I nlizownego unktu.. Wełnić iksel ( x, ) zgonie z obliczoną intenswnością. Zlet: okłność. W: znczn ilość obliczeń. Algortm cieniowni jenotonowego: Złożeni: Obiekt scen oisne są jko sitki wieloboków. Dl wiocznej ścin obiektu scen, zkł się stłą intenswność oświetleni. Algortm:. Dl owolnego unktu wiocznej ścin, wliczć intenswność oświetleni.. Rzutowć ścinę, wełnijąc oowieni wielobok stłą, zgonie z obliczoną intenswnością. Zlet: stosunkowo mło obliczeń. W: jeśli sitk wieloboków roksmuje obiekt o łnnch ksztłtch wioczne bęą krwęzie. 5

6 Algortm interolcji intenswności (lgortm Gouru): Złożenie: Obiekt scen oisne są jko sitki wieloboków. Algortm:. Dl kżego wierzchołk sitki wieloboków wliczć wektor normln, jko śrenią rtmetczną wektorów normlnch l ścin, o którch nleż nlizown wierzchołek. N N + N N N + N + N = N N I. Dl kżego wierzchołk sitki stosując wbrn moel oświetleni i obliczon wektor normln, obliczć intenswność oświetleni I j.. Wełnić rzut wiocznch wieloboków, użwjąc lgortm linii sknującej, w nstęując sosób = I lini sknując I + I I 5 I I5 I x = I x I I x5 x5 + I x x I = I x x + I Zlet: ogrniczenie ilości obliczeń, obiekt roksmowne sitkmi wieloboków wgląją głko, bowiem krwęzie sitki rzestją bć wioczne. W: nienturlne obrz w rzkch obici świtł o owierzchni lustrznch. Algortm interolcji wektorów normlnch (lgortm Phong): Złożenie: Intenswność oświetleni l kolejnch ikseli jest obliczn rz omoc moelu oświetleni, lecz l interolownego nie rwziwego wektor normlnego. Zlet: zncznie lesze obrz niż l orzeniego lgortmu. W: ość użo obliczeń (l kżego iksel obrzu wkorzstwn jest moel oświetleni). Obiekt scen oisne są jko sitki wieloboków. Algortm:. Obliczć wektor normlne o wierzchołków wieloboków sitki tk smo jk w orzenim lgortmie.. Wełnić rzut wiocznch wieloboków użwjąc lgortmu linii sknującej, lecz interolując nie intenswności wektor normlne obliczone l wierzchołków.