Интерполяция векторов нормали (метод Фонга)
Закраска Фонга требует больших вычислительных затрат, но она позволяет разрешить многие проблемы метода Гуро. При закраске Гуро вдоль сканирующей строки интерполируется значение интенсивности, а при закраске Фонга – вектор нормали. Затем он используется в модели освещения для вычисления интенсивности пиксела. При этом достигается лучшая локальная аппроксимация кривизны поверхности, и получается более реалистичное изображение. Особенно правдоподобно выглядят зеркальные блики, которые в методе Гуро сильно размываются.
Этапы закраски:
Вычисляются нормали к поверхностям.
Определяются нормали в вершинах путем усреднения нормалей по всем граням, которым принадлежит вершина.
Для каждой точки сканирующей строки определяется вектор нормали путем линейной интерполяции значений N (сначала в вершинах, затем - между ребрами).
Для каждой точки сканирующей строки вычисляется значение интенсивности
.
Метод Фонга приводит к более качественным результатам, т.к. аппроксимация нормали осуществляется в каждой точке. Полосы Маха практически исчезают (рис.13.16).
13.4. Тени
Изображение с построенными тенями выглядит гораздо реалистичнее, и, кроме того, тени очень важны для моделирования. Например, особо интересующий нас участок может оказаться невидимым из-за того, что он попадает в тень. А в строительстве, при разработке космических аппаратов тени влияют на расчет падающей солнечной энергии, обогрев и кондиционирование воздуха. Если положение наблюдателя и источника света совпадают, то теней не видно, но они появляются, когда наблюдатель перемещается в любую другую точку. Тень стоит из двух частей: полутени и полной тени. Полная тень – центральная, темная, резко очерченная часть, а полутень – окружающая ее более светлая часть. Распределенные источники света создают как тень, так и полутень: в полной тени свет вообще отсутствует, а полутень освещается частью распределенного источника.
Точечные источники создают только полную тень. Из-за больших вычислительных затрат рассматривается только полная тень, образуемая точечным источником света.
Легче всего, когда источник находится в бесконечности, тогда тени определяются с помощью ортогонального проецирования. Если источник расположен на конечном расстоянии, то используется перспективная проекция.
Существует два варианта образования тени (рис. 13.17):
собственно тень на объекте;
проекционная тень.
Рис. 13.17 Два варианта образования тени (1 – тень на объекте, 2 – проекционная тень)
Собственно тень получается тогда, когда сам объект препятствует попаданию света на некоторые его грани. Алгоритм затенения в этом случае идентичен алгоритму удаления скрытых поверхностей. В алгоритме удаления скрытых поверхностей определяются поверхности, которые можно увидеть из точки зрения, а в алгоритме затенения – поверхности, которые можно “увидеть” из источника света. Поверхности, видимые из источника света и из точки зрения, не лежат в тени. Поверхности, видимые из точки зрения, но невидимые из источника света, находятся в тени. Поэтому удобно использовать один алгоритм, последовательно применяя его к точке зрения и к каждому из точечных источников света.
Если один объект препятствует попаданию света на другой, то получается проекционной тень. Чтобы найти такие тени, надо построить проекции граней на сцену. Центр проекции находится в источнике света. Таким образом находятся теневые многоугольники для всех граней и заносятся в структуру данных. Чтобы не вносить в нее слишком много многоугольников, можно проецировать контур каждого объекта, а не отдельные грани.
Для создания различных видов из разных точек зрения не надо вычислять тени заново, так как они зависят только от положения источника света и не зависят от положения наблюдателя.