Метод Гуро
Этот метод предназначен для создания иллюзии гладкой криволинейной поверхности, которая описана в виде многогранников или полигональной сетки с плоскими гранями. Если каждая плоская грань имеет один постоянный цвет, который определен в соответствии с учетом отражения, то разные цвета соседних граней очень заметны, и поверхность выглядит именно как многогранник. Казалось, этот дефект можно замаскировать за счет увеличения количества граней при аппроксимации поверхности. Но зрение человека имеет способность подчеркивать перепады яркости на границах смежных граней — такой эффект называется эффектом полос Маха. Вследствие этого, для создания иллюзии гладкости нужно намного увеличить количество граней, что приводит к существенному замедлению визуализации — чем больше граней, тем меньше скорость рисования объектов.
Метод Гуро основан на идее закрашивания каждой плоской грани не одним цветом,
а плавно изменяющимися оттенками, которые вычисляются путем интерполяции цветов прилегающих граней. Закрашивание граней по методу Гуро осуществляется в четыре этапа.
Вычисляются нормали к каждой грани.
Определяются нормали в вершинах. Нормаль в вершине определяется
усреднением нормалей прилегающих граней (рис. 8.6).
Рис. 8.6. Нормаль в вершине а
На основе нормалей в вершинах вычисляются значения интенсивностей в вершинах в соответствии с выбранной моделью отражения света. Закрашиваются полигоны граней цветом, который соответствует линейной интерполяции значений интенсивности в вершинах.
Вектор нормали в вершине (а) равняется
Определение интерполированных значений интенсивности отраженного света в каждой точке грани (и, следовательно, цвет каждого пиксела) удобно выполнять во время цикла заполнения полигона. Рассмотрим заполнение контура грани горизонталями в экранных координатах (рис. 8.7).
Рис. 8.7. Заполнение полигона грани
Интерполированная интенсивность I в точке (X, У) определяется, исходя из пропорции
откуда
Значение интенсивности I1 и I2 на концах горизонтального отрезка вычислим путем интерполяции интенсивности в вершинах
Метод Фонга
Аналогичен методу Гуро, но при использовании метода Фонга для определения цвета в каждой точке интерполируются не интенсивности отраженного света, а векторы нормалей.
Определяются нормали к граням.
По нормалям к граням определяются нормали в вершинах. В каждой точке закрашивае- мой грани определяется интерполированный вектор нормали.
Цвет каждой точки грани вычисляется в соответствии с направлением интерполирован- ного вектора нормали и согласно выбранной модели отражения света.
Метод Фонга сложнее метода Гуро. Для каждой точки (пиксела) поверхности
необходимо выполнять намного больше вычислительных операций. Тем не менее, он дает значительно лучшие результаты, в особенности при имитации зеркальных поверхностей.
Общие черты и отличия методов Гуро и Фонга можно показать на примере образца цилиндрической поверхности, которая аппроксимирована плоскими гранями (рис. 8.8).
Пусть точечный источник света находится позади нас. Проанализируем результаты закрашивания граней поверхности для имитации отражения света.
Рис. 8.8. Отличия закрашивания методами Гуро и Фонга
Основные отличия можно заметить, рассматривая закрашивания передней грани. Она перпендикулярна направлению лучей света. Поэтому нормали в вершинах этой грани располагаются симметрично — они образуют попарно равные по абсолютной величине углы с лучами света. Для метода Гуро это обуславливает одинаковые интенсивности отраженного света в вершинах передней грани. А раз интенсивности для всех вершин одинаковые, то цвет всех точек этой грани — константа (при линейной интерполяции), что, в данном случае, неправильно.