Модель освещения. Свойства объектов
Отражающие свойства объектов описываются коэффициентами отражения, коэффициентом яркости и индикатрисой отражения.
В основу классификации объектов по характеру отражения падающего света положено пространственное распределение отраженного света. Определяющее влияние на характер распределения оказывает структура поверхности объекта.
4 Типа поверхностей:
1. Ортотропные поверхности отражают падающий свет равномерно (диффузно) по всем направлениям. Их называют диффузными (ламбертовскими). Эти поверхности доминируют среди естественных и искусственных объектов – пески, рыхлый снег, сухой асфальт, грунт. Отличительная особенность – независимость яркости от положения наблюдателя.
Рис. 13.2
2. Зеркальные поверхности отражают падающий свет преимущественно под углом, равным углу падения. К ним относятся чистые стеклянные поверхности, пластики, металлические поверхности, лед, камни сухие, поверхности водных бассейнов. Применительно к реальным объектам термин “зеркальная поверхность” указывает на направленный характер отражения падающего света, но не означает, что отражение происходит в полном соответствии с законами геометрической оптики. Для реальных зеркальных отражений угол отражения = углу падения (идеально-отражающие поверхности - зеркало). При этом падающий свет рассеивается в некотором телесном угле относительно направления max.
Рис. 13.3
3. Обратно отражающие поверхности отражают свет преимущественно к источнику. Их называют изрытыми, антизеркальными, световозвращающими. Такое отражение характерно для сельскохозяйственных культур, лугов и другой растительности.
Рис. 13.4
4. Смешенное отражение. Для таких поверхностей характерно наличие 2-х или 3-х типов отражения. В общем случае можно выделить диффузную, зеркальную и обратную составляющие, а индикатриса имеет 2 max. Такое отражение наблюдается у рисовых полей, лугов, покрытых расой и др. аналогичных объектов.
Рис. 13.5
С увеличением высоты шероховатостей зеркальная компонента уменьшается и отражение стремится к диффузному. Иногда диффузное отражение преобладает и для объектов с гладкими поверхностями (молочное стекло). В таком случае большая часть падающего света проникает в приповерхностный слой и рассеивается массой мелких неоднородностей (диффузное излучение из внутренних областей объекта).
Отражение диффузное
Отражение от объекта может быть диффузным и зеркальным. При диффузном отражении свет как бы проникает под поверхность объекта, поглощается и вновь испускается. Положение наблюдателя не имеет значения, т.к. диффузно отраженный свет рассеивается равномерно по всем направлениям. Зеркальное же отражение происходит от внешней поверхности объекта. При диффузном отражении поверхности имеют одинаковую яркость независимо от угла обзора.
Свет точечного источника отражается от поверхности по закону Ламберта:
-
интенсивность отраженного света.
-
интенсивность точечного источника.
-
коэффициент диффузного отражения.
- угол между направлением света и нормалью к поверхности.
Рис. 13.6
Предметы, освещенные одним точечным источником света, выглядят контрастными (предмет в темной комнате при фотовспышке). Отсутствует рассеянный свет, как в реальной ситуации, когда на объекты падает еще и свет, отраженный от окружающей обстановки, например, от стен комнаты, других предметов.
Поэтому введем коэффициент рассеяния (const):
-
интенсивность отраженного света;
-
коэффициент диффузного отражения
рассеянного света
.
Если
есть 2 объекта, одинаково ориентированные
относительно источника, но расположенные
на разном расстоянии, то их интенсивность
(
)
по данной формуле будет одинакова. А
ведь
д.б. обратно пропорциональна расстоянию
до объекта.
Тогда модель освещения примет вид:
-
расстояние до объекта от точечного
источника;
-
произвольная const.
Если
предполагается, что точка наблюдения
находится в
,
то
определяется положением объекта,
ближайшего к точке наблюдения.
Для цветных поверхностей модель освещения применяется к каждому из 3-х основных цветов.