34. Методы закраски Гуро и Фонга.

М етод закрашивания Гуро – для фасеточного вида грани. Заключается в том, что используются не нормали к плоским граням для расчета освещения, а нормали к аппроксимируемой поверхности, построенные в вершинных многоугольниках. В идеале нормали вычисляются аналитически, что на практике не всегда возможно. Усредненный способ вычисления нормалей вершин – как среднее значение нормалей всех граней совместно использующих заданную вершину. Шаги алгоритма:

1. В ычислить нормали всех вершин как

2. Использовать алгоритм сканирования строк для каждой грани: Пусть Ia, Ib, Ic – интенсивности

освещения для вершин А, В и С, а Ха, Хb, Хс – горизонтальные координаты этих точек. Зная эти входные значения можно вычислить значения интенсивности:

; .

Тогда для точки X: .

Такой способ интерполяции называется билинейной (метод тоже называется билинейным). Основной недостаток: работает только для диффузной модели отражения.

М етод закрашивания Фонга. Аналогичным принципом использует метод билинейной интерполяции, однако интерполирует не скалярные значения интенсивности освещения, а вектор нормали произвольной точки, лежащей на строке сканирования. По данному вектору для каждой точки на строке рассчитывается освещенность. Основной недостаток: не учитывается вторичная светимость объекта.

35. Моделирование глобального освещения методом трассировки лучей (прямая и обратная трассировки).

Методы трассировки лучей делят на два вида: прямая и обратная трассировка.

Метод прямой трассировки заключается в распространении лучей от источника освещения во все стороны, лучи отслеживаются до тех пор, пока не пересекут какой-либо объект. Попав на объект, луч либо преломляется, либо отражается в зависимости от объекта. при отражении луч опять начнет распространятся прямолинейно до попадания на следующий объект и т. д. В итоге часть лучей достигнет глаза наблюдателя, а другая часть покинет пределы сцены. Необходимо отслеживать все преломленные и отраженные лучи до определенной глубины. Основной недостаток: подавляющее большинство лучей окажутся невидимыми, следовательно, имеет место вычислительная неэффективность.

Метод обратной трассировки – лучи испускаются из глаза наблюдателя к источнику света. Этот метод более эффективен, т. к. гарантирует, что число лучей, достигающих наблюдателя, будет таким же, как и число пикселей изображения. Дальнейший алгоритм соответствует методу прямой трассировки.

В качестве критерия прекращения работы алгоритма используется либо отсечение по глубине (задается, сколько раз луч может быть отражен), либо по весу (по степени вклада луча в общую освещенность). Недостаток: все еще медленная работа; эффект алиайзинга – ступенчатость прямых линий.

36. Распределенная трассировка лучей. Дефект алиайзинга и методы его устранения.

Дефект алиайзинга – ступенчатость прямых линий, сильнее всего проявляется в областях с большими перепадами интенсивности света. Причина – интерпретация пикселей как бесконечно малых точек, в то время как пиксель имеет конечный размер.

Для устранения дефекта алиайзинга используют несколько методов:

1. Увеличение разрешения изображения

2. Низкочастотная фильтрация – размытие.(09 размывание границ – искусственное понижение резкости границ)

3. Использование метода распределенной трассировки, где для вычисления интенсивности используется метод Монте-Карло для добавления высокочастотного шума в изображении: из пикселя выпускается не 1 луч, а несколько, случайным образом распределенных по его площади. Каждый такой лучик трассируется независимо, и интенсивность всего пикселя определяется как среднее значение всех случайно распределенных лучей, т. е. интенсивность интегрируется по поверхности пикселя.