Computer Graphics Lights

2,534 views

Published on

компютърна графика модели осветеност реалистични изображения

Published in: Technology
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
2,534
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
273
Actions
Shares
0
Downloads
90
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Computer Graphics Lights

  1. 1. Доц. М. Иванова Технически университет – София
  2. 2.  Реалистични тримерни изображения се получават чрез:  Използване на перспективна проекция  Елиминиране на скритите линии и повърхнини  Прилагане на избран модел на осветяване  Прилагане модел на оцветяване
  3. 3.  Светлината се разпространява под формата на лъчи, които се отразяват или поглъщат  Човешкото око събира тези лъчи
  4. 4. Защо са необходими моделите на осветяване?  Различни източници на светлина  Различен начин на отразяване на светлината  Основен модел на осветяване  Модел на Фонг  Модел на Торенс – Спероу  Модел на Гуро
  5. 5.  При липса на подходящ светлинен източник, липсва 3D ефекта
  6. 6.  Два основни типа светлинни източника:  Излъчващи – слънцето, осветителните тела  Отразяващи – осветени повърхности близо до наблюдавания обект
  7. 7.  Фонова осветеност – получава се след многократното взаимно отражение от повърхностите на обектите
  8. 8.  В зависимост от размерите на светлинния източник и от разстоянието му до осветявания обект, светлинните източници биват:  Точковидни – намират се достатъчно далеч от обекта, излъчват във всички посоки – слънце, огън, крушка  Разпределени – намират се близо до обекта и размерите им не могат да бъдат пренебрегнати в сравнение с размерите на обекта
  9. 9.  Повърхностите на реалните тела отразяват попадналата върху тях светлина по начина:  Тела с матови или грапави повърхности – разсейват попадналата светлина във всички посоки  Тела с огледална повърност - отразяват в определена посока, в зависимост от ъгъла на падане на светлината  Прозрачни и полупрозрачни обекти - дифузионно и насочено пречупване
  10. 10.  Общ вид на модела на осветеност:  I интензивността на отразената светлина зависи от:  Свойствата на обекта – как отразява светлината  Местоположението на светлинния източник  Местоположението на точката от обекта  Местоположението на наблюдателя
  11. 11.  Локален модел на осветеност – осветеността на всеки обект се разглежда отделно от осветеността на останалите обекти  Глобален модел – разглежда се влиянието на всички модели върху всяка точка от обекта – при метода “трасиране на лъч”
  12. 12.  Необходимо е да се изчисли интензивността на отразената светлина за всяка точка от видимите повърхности  Отчитат се ефектите от дифузионно и огледално отражение и от дифузно и насочено пречупване  Модел на Фонг – оптичните свойства на повърхностите се изразява с емпирично потвърдени коефициенти и зависимости  Модел на Торенс-Спероу – теоретично обосновани зависимости
  13. 13.  Фонова осветеност - резултат от многократно дифузно отражение на светлината от обектите  Приема се, че тя е с равномерна интензивност Ia във всички посоки  Резултантната интензивност I не зависи от позицията на наблюдателя: I=Kd.Ia , Kd – коефициент на отражение за осветената повърхност
  14. 14.  Kd – коефициент на отражение за осветената повърхност  Приема стойности в интервала от 0 до 1  Kd е близък до 1 – при повърхности с висока отражателна способност и интензивността на отразената светлина е почти равна на интензивността на падащата  Kd е близък до 0 – при повърхности, които поглъщат по-голяма част от падащата светлина
  15. 15.  Ефектът от фоновата осветеност не е достатъчен за получаване на реализъм  Добавя се влиянието на точковидните светлинни източници  Дифузионно отражение от точковиден светлинен източник - определя се по закона на Ламберт
  16. 16.  закон на Ламберт – интензивността на отразената светлина зависи от ъгъла на падане на осветяващите лъчи
  17. 17.  Лъчи, падащи перпендикулярно върху повърхност – по-ярка повърхност
  18. 18.  Закон на Ламберт : I=Kd.Ip.cosѲ , Kd - коефициент на отражение, Ip – интензивност на точковия източник, Ѳ - ъгъл между посоката на падащите лъчи и нормалата към осветяващата повърхност
  19. 19.  N.L=|N|.|L|. cosѲ  N=N/|N|, L=L/|L| - нормирани вектори  Ако cosѲ=L.N, то I=Kd.Ip.(L.N) Ако cosѲ е между 1 и 0 (Ѳ между 0 и 90°) – точковидният светлинен източник осветява повърхността Ако cosѲ < 0 – светлинният източник остава зад повърхността
  20. 20.  Теоретично енергията на падащата и отразената светлина намалява с квадрата на разстоянието: I=Kd.Ip.(L.N)/d2 – практически неудобно уравнение I=Kd.Ip.(L.N)/(d+d0) , d0- константа, определяща се емперично
  21. 21.  Общата интензивност на дифузно отразената светлина за повърхност осветена от фонова светлина и един точковиден източник: Id=Kd.Ia+Kd.Ip.(L.N)/(d+d0)
  22. 22.  За цветни изображения се отчитат основните цветови компоненти  Kdr, Kdg, Kdb – коефициенти на отражение за RGB модела  Kdg = 1, Kdr = Kdb = 0 - За повърхност със зелен цвят  Idg=Kdg.Iag+Kdg.Ipg.(L.N)/(d+d0)
  23. 23.  Отчитане на огледалното отражение  За идеална огледална повърхност – ъгълът на падане Q е равен на ъгълът на огледално отражение Ѳ  L – единичен вектор, определя посоката на светлинния източник  N – нормала към повърхността  R – единичен вектор на огледалното отражение N L Ѳ Q R
  24. 24.  V - единичен вектор на посоката на наблюдение  R – единичен вектор на огледалното отражение  Ефектът на огледално отражение ще бъде видим при съвпадение на V и R
  25. 25.  Според модела на Фонг, интензивността на огледалното отражение е пропорционална на: cosns f  Ъгълът Φ се изменя между 0° и 90°, а cosΦ се изменя между 1 и 0 Експонентата ns зависи от типа на повърхността:  Огледална повърхност - голяма стойност  Матова повърхност – стойност близка до 1
  26. 26.  Идеалната огледална повърхност отразява светлината в тесен сноп около R
  27. 27.  Графиките показват ефекта на ns върху различни ъгли, при които се очаква огледално отражение
  28. 28.  Интензивността на огледално отразената светлина зависи и от ъгъла на падане:  I=Kd.Ia+Ip/(d+d0)[Kd.L.N+W(q).cosnѲ]  W(q) - функцията на отражение, зависи от материала на повърхността
  29. 29.  Стъкло  Огледалното отражение е незначително при малки ъгли на падане и значително при Q=90°  W(q) – изменя се от 0 до 1, при изменение на ъгъла на падане от 0° до 90°  При други материали W(q) не зависи от Q – заменя се с константата Кs
  30. 30.  Интензивността на наблюдаваната отразена светлина при фонова осветеност, един точковиден източник и ефект на огледално отражение:  I=Kd.Ia+Ip/(d+d0)[(Kd.L.N+KsVR)n]
  31. 31.  При модела на Фонг:  Kd, Ks, do – избират се постоянни стойности  Ia, Ip – задават се стойности  За всяка осветена точка се изчисляват скаларните произведения на единичните вектори  При цветни изображения – изчисленията се извършват поотделно за всяка цветова компонента (Ks – еднаква за всички компоненти)
  32. 32.  Модел на Фонг – необходимо е значително време за изчисляване на скаларните произведения  За да се намалят изчисленията, се приемат допускания:  Точковидният източник е достатъчно отдалечен от повърността  Повърхността е равнина  Тогава L.N е приблизително постоянно по цялата повърхност
  33. 33.  При моделиране на прозрачни обекти:  Могат да настъпят оптичните ефекти: дифузно пречупване и насочено пречупване  Дифузно пречупване: получава се размит образ на стоящите на заден план обекти, затова се намалява интензитета на пречупената светлина (избягва се)  Насочено пречупване – моделира се, като интензивността на пречупената светлина се прибавя към интензивността на отразената
  34. 34.  Ако повърхността се представи чрез полигонална мрежа (набор от равнинни многоъгълници), то всеки многоъгълник може да се представи чрез постоянна или интерполирана интензивност
  35. 35.  Реалистични изображения могат да се получат:  Чрез използване на постоянни стойности на интензивността за равнинните многоъгълници  Отчита се само фонова осветеност или точковидният източник е достатъчно далеч  Скаларните произведения на единичните вектори стават постоянни
  36. 36.  При криволинейни повърхности с участъци със силно изменяща се кривина се прилагат интерполационни схеми за постигане на по- плавно изменение на интензивността  Интерполационен метод на Гуро  Интерполационен метод на Фонг
  37. 37. 1 4 5 6 2 3 + - 1 4 I = I Y - Y 4 1 Y Y 1 2 2 4 2 1 2 I Y Y Y Y - - + - 5 4 I = I X - X 5 4 X X 6 4 6 6 5 6 4 I X X X X - - Np = (N1+ N2 + N3) 3
  38. 38.  Основава се на апроксимиране на нормалните вектори в точките по сканиращата линия  За всяка стена (многоъгълник) се изпълнява:  Определя се средният единичен нормален вектор за всеки връх  Проектира се стената  Интерполират се нормалните вектори по повърхността на многоъгълника  Прилага се моделът на осветеността по всяка сканираща линия за изчисляване на интензитета на отразената светлина за всеки пиксел
  39. 39.  Използва се за постигане на реалистично изображение – извършва се обратно трасиране на лъчите
  40. 40.  Определяне на дървото:  Левият клон на дървото показва пътищата на отразената светлина  Десният клон на дървото показва пътищата на пропуснатите лъчи

×