Алгоритмы освещенности поверхности в компьютерной графике. Алгоритмы Гуро и Фонга.

Базовая формула для расчёта интенсивности освещения той или иной поверхности выглядит следующим образом: 

Для расчета освещенности поверхности принципиальным является определение нормали в той или иной точке поверхности. Выделяют несколько базовых случаев: 

1. Нормаль на гране 

Алгоритм Гуро

Алгоритм основан на предположении имеющего кусочно-постоянного характера освещенности на отдельных гранях поверхности. Позволяет создавать модель равномерного и гладкого закрашивания (освещения) объекта. Метод Гуро основан на идее закрашивания каждой плоской грани не одним цветом, а плавно изменяющимися оттенками, которые вычисляются путем интерполяции цветов прилегающих граней. 

Алгоритм Фонга

Алгоритм Фонга, также как и алгоритм Гуро рассчитывает интенсивность освещения какой-либо точки поверхности на грани. При этом, в отличие от алгоритма Гуро, в процессе расчета определяют не только нормали вершин, но и нормали в промежуточных и расчетных точках, это делается путем линейной аппроксимации нормалей аналогично аппроксимации интенсивности в алгоритме Гуро. 

Основные направления реалистического представления сцен компьютерной графики определяются как:

синтез реалистичных изображений,

реалистическое оживление синтезированных объектов (анимация).

При создании электронных графических моделей необходимо решить ряд проблем необходимых для формирования у пользователей адекватного представления у самой модели и объекте реального мира, который эта модель представляет, к этим проблемам можно отнести:

Сложность геометрии объектов реального мира и виртуального мира

Сложность геометрии сообщений между объектами реального мира и виртуальной моделью

Сложность описания динамики

Сложность описания способов освещения и текстур поверхности объектов реального мира и виртуального

Сложность описания виртуальной окружающей среды

Алгоритм двоичного разбиения пространства

Алгоритм состоит в постоянном делении всего пространства объекта условной плоскостью на 2-а кластера или полупространства. Очевидно, что наблюдатель, находящийся в одном из кластеров, практически не будет видеть объекты другого кластера. Исходя из этого предположения, осуществляется постоянное деление полупространств, в которых находится пользователь на новые кластеры.

Процесс деления пространства останавливается тогда, когда в кластере наблюдателе остается видимым одна грань или 2-а ребра. Далее начинается обратимый анализ, созданных

полупространств с последовательным выводом граней и ребер объектов от самых ближних до самых дальних.

Алгоритм или метод Z-буфер Алгоритм основан на последовательном заполнении отдельной области памяти (Z-буфера) координатами, определяющими расстояние от отдельных граней объекта до картинной плоскости (обычно координаты z) в порядке вывода этих граней на экран дисплея.

Недостатки:

1. Необходимость выделения дополнительных объемом памяти (для хранения координат z).

2. Полная инициализация Z-буфера существенно снижает скорость анимации.

3. Резкое увеличивается количество расчетных операций.