Конспект лекций (полный)

Закраска Фонга

Закраска Фонга требует больших вычислительных затрат, но позволяет разрешить многие проблемы метода Гуро.

Если при закраске Гуро вдоль сканирующей строки интерполируется значение интенсивности, то при закраске Фонга – вектор нормали.

При закраске Фонга аппроксимация кривизны поверхности производится сначала в вершинах многоугольников путем аппроксимации нормали в вершине. После этого билинейной интерполяцией вычисляется нормаль в каждом пикселе.

Хотя метод Фонга устраняет большинство недостатков метода Гуро, он тоже основан на билинейной интерполяции. Поэтому в местах разрыва первой производной интенсивности заметен эффект полос Маха.

направления света L и прямой, проходящей через источник и Р. Пользуясь аппроксимацией Фонга для зеркального отражения от идеальной поверхности, находим интенсивность света от направленного источника вдоль прямой, соединяющей источник и Р:

I = I0j cosc β , где

с – степень, определяющая пространственную концентрацию направленного источника.

При большом с моделируется узкий луч прожектора, при малом с – заливающий свет.

Таким образом, можно уточнить модель освещенности, которая будет иметь вид:

I = I0j cosc β (k cos Θ + k2 cosn α)

Прозрачность

Выше приведенные модели освещенности рассматривают только непрозрачные поверхности и объекты. Однако существуют и прозрачные объекты, пропускающие свет. При этом при переходе из одной среды в другую световой луч преломляется. Преломление рассчитывается по закону синусов: падающий и преломляющий лучи лежат в одной плоскости, а углы падения и преломления связаны формулой:

n1 sin Θ1 = n2 sin Θ2 , где

n1 , n2 – показатели преломления в различных средах

Θ1 , Θ2 – угол падения и угол преломления.

Ни одно вещество не пропускает весь падающий свет, часть его всегда отражается, поэтому данную составляющую необходимо учитывать. При простейшей реализации функция интенсивности увеличится на

I = k3 Iотр , где

k3 – постоянная

Iотр – интенсивность преломляющего света, определяющаяся по закону синусов.

Цвет

Восприятие цвета зависит от многих физических свойств света, т.е. электромагнитной энергии, от его взаимодействия с химическими веществами, а также интерпретации зрительной системой человека. Зрительная система человека воспринимает электромагнитную энергию с длинами волн от 400 до 700 нм как видимый свет.

Источник или объект является ахроматическим, если наблюдаемый свет содержит все видимые длины волн в приблизительно равных количествах. Ахроматический источник кажется белым, а отраженный или преломленный ахроматический свет – белым, черным или серым. Белыми выглядят объекты, ахроматически отражающие более 80% света белого источника, а черными – менее 3%. Промежуточные значения дают различные оттенки серого.

Машинная графика

В машинной графике применяются две системы смешения цветов: аддитивная – красный, зеленый, синий (RGB) и субтрактивная – голубой, пурпурный, желтый (CMY).

Координаты цветности для основных цветов RGB:

Смит предложил построить модель субъективного восприятие в виде объемного тела HVS (цветовой тон, насыщенность, светлота).

Если цветовой куб RGB спроецировать на плоскость вдоль черно-белой диагонали, получается шестиугольник с основными и дополнительными цветами в вершинах.

При снижении насыщенности или чистоты основных цветов размер и возможных цветовой охват куба RGB уменьшается, поэтому соответствующая шестиугольная проекция будет меньше.

Если проекции куба RGB и его подкубов собрать вдоль главной диагонали, представляющей количество света или светлоту цвета от черного (=0) до белого (=1), то получится объемная шестигранная пирамида модели HVS.

Интенсивность вдоль ее оси возрастает от 0в вершине до 1 на верхней грани, где она максимальна для всех цветов.

Насыщенность определяется расстоянием от оси.

Тон определяется углом, отсчитываемым от красного цвета против часовой стрелки.

Модель HVS соответствует тому, как составляют цвета художники. Чистым пигментам отвечают значения S = 1, V=1; разбелам – цвета с увеличенным содержанием белого, т.е. с уменьшенным S; оттенкам – цвета с уменьшенным V, которые получаются при добавлении черного. Тон изменяется при уменьшении как V, так и S.

Для экранов мониторов необходимо производить калибровку.

Интенсивность свечения экрана монитора пропорциональна напряжению, поданному на электронную пушку:

I = const (V)γ

Таким образом, можем найти напряжение, которое должно быть на электронной пушке:

V = (I / const)1/ γ

Кэтмул описывает подробную процедуру расчета константы и γ. Из экспериментов известно, что 1 ≤ γ ≤ 4, а для цветного монитора обычно лежит в пределах 2,3 ≤ γ ≤ 2,8. Такая процедура, называемая гаммакоррекцией, калибрует только интенсивность экрана. Для калибровки цвета необходимо также знать цветности МКО красного, зеленого и синего люминофоров экрана. Коуэн рассматривает данную процедуру.