Билет №10

1. Метод Фонга.

Для построения модели с гладкой функцией освещённости требуется, чтобы для этой модели было задано непрерывное поле единичных векторов нормали, но, так как модель состоит из граней, такое поле не может быть задано явным образом. Однако, это поле можно искусственно смоделировать, опираясь на нормали к каждой грани. Суть метода Фонга состоит в том, что для каждой точки грани вычисляется значение вектора нормали, используя билинейную интерполяцию. Таким образом, в методе Фонга интерполируются значения векторов нормалей, а не значения освещённостей, как в методе Гуро. Для реализации метода Фонга требуется иметь значения векторов нормалей для каждой вершины грани. Для вычисления значения вектора нормали n для произвольной вершины может использоваться следующая формула:

n = (n1 + n2 + ... + nk) / || n1 + n2 + ... + nk ||, где nk - значение вектора нормали к k-й грани, которой принадлежит вершина с вычисляемой нормалью n.

После того, как вычислено значение нормали для конкретной точки грани, можно вычислить освещённость для этой точки.

Метод Фонга требует гораздо больше вычислений для каждого пикселя, чем метод Гуро (три сложения на пиксель), однако обеспечивает значительно лучшее качество изображения по сравнению с методом Гуро. Метод Фонга также устраняет недостаток метода Гуро - зависимость освещённости грани от её положения относительно наблюдателя.

2. Прямая и обратная трассировка лучей.

Одним из наиболее распространенных и наглядных методов построения реалистичных изображений является метод трассировки лучей, позволяющий строить фотореалистичные изображения сложных сцен с учетом таких эффектов как отражение и преломление.

Рассмотрим каким путем возникает реальное изображение. Выпустим из каждого источника света пучок лучей во все стороны и мысленно проследим за ним. При попадании луча на границу объекта выпускаем из точки попадания отраженный и преломленный лучи и отслеживаем их и все порожденные ими лучи. Описанный процесс называется прямой трассировкой лучей. В результате можно получить изображение сцены однако, требуются огромные вычислительные затраты. Основным недостатком такого способа является то, что большая часть рассматриваемых лучей не попадает в глаз.

Метод обратной трассировки лучей

Суть его в том, что лучи света рассчитываются и трассируются в обратном направлении - как бы из глаза наблюдателя. Представьте экран, через каждый пиксель которого в направлении от наблюдателя проводится луч и трассируется до пересечения с объектом сцены (рис. 2). Далее рассчитывается отраженный луч (в направлении на источник света), чтобы учесть световую энергию, которая может быть перенесена в направлении наблюдателя. Отраженный луч, то есть, на самом деле, луч, который отразился и попал в глаз наблюдателя, анализируется аналогично. И далее рекурсивным образом. Так можно рассчитывать вторичное освещение, отражение и преломление света. Это будет, конечно, хорошее, но все же приближение вторичного освещения.

Недостатки:

1) Для сложных сцен трассировка лучей не эффективена;

3) Струсктура вычислений сложнее, чем в проективных медодах.

Но метод трассировки лучей более эффективен, чем проективный метод для простой (гладкой) сцены, которая может быть описана математически, т. е.:

1) Решается система уравнений;

2) Находится точка пересечения;

3) Находится яркость.

Так же трассировка лучей эффективна для обработки диффузных поверхностей.>Так как в этом существует диффузное отражение, которое может быть получено при использовании прямой и обратной трассировке лучей.