48. Метод закраски Гуро (интерполяция интенсивности). Преимущества и недостатки

Метод закраски, который основан на интерполяции интенсивности и известен как метод Гуро (по имени его разработчика), позволяет устранить дискретность изменения

интенсивности. Метод Гуро не позволяет полностью устранить перепады интенсивности.Процесс закраски по методу Гуро осуществляется в четыре этапа. На первом этапе вычисляются нормали к поверхности, на втором определяются нормали в вершинах путем усреднения нормалей по всем полигональным граням, которым принадлежит вершина (рис. 9). Если предполагается, что ребро видимо, определяются две нормали в вершинах (по шинам: nv = одной с каждой стороны ребра) путем отдельного усреднения

нормалей к многоугольникам с каждой стороны ребра. На третьем этапе, используя нормали в вершинах и применяя произвольный метод закраски, вычисляются значения интенсивности в вершинах. И наконец, на четвертом этапе каждый многоугольник закрашивается путем линейной интерполяции значений интенсивностей в вершинах сначала вдоль каждого ребра, а затем и между ребрами вдоль каждой сканирующей строки (рис. 10).

Интерполяция вдоль ребер легко объединяется с алгоритмом удаления скрытых поверхностей, построенным на принципе построчного сканирования. Для всех ребер запоминается начальная интенсивность, а также изменение интенсивности при каждом единичном шаге по координате у. Заполнение видимого интервала на сканирующей строке производится путем интерполяции между значениями интенсивности на двух ребрах, ограничивающих интервал. Для цветных объектов отдельно интерполируется каждая из компонент цвета.

49. Метод закраски Фонга (интерполяция нормалей). Преимущества и недостатки

В методе закраски, разработанном Фонгом, используется интерполяция вектора нормали N к поверхности вдоль видимого интервала на сканирующей строке внутри многоугольника, а не интерполяция интенсивности. Интерполяция выполняется между начальной и конечной нормалями, которые сами тоже являются результатами интерполяции вдоль ребер многоугольника между нормалями в вершинах. Нормали в вершинах в свою очередь вычисляются так же, как в методе закраски, построенном на основе интерполяции интенсивности. Как и выше, интерполяцию вдоль ребер можно выполнить поэтапно, вычисляя все три компоненты вектора нормали при переходе от каждой сканирующей строки к следующей. В каждом пикселе вдоль сканирующей строки новое значение интенсивности вычисляется с помощью любой модели закраски. Заметные улучшения по сравнению с интерполяцией интенсивности наблюдаются в случае использования модели зеркального отражения, так как при этом более точно воспроизводятся световые блики. Однако даже если зеркальное отражение не используется, интерполяция векторов нормали приводит к более качественным результатам, чем интерполяция интенсивности, поскольку аппроксимация нормали в этом случае осуществляется в каждой точке. В результате уменьшаются трудности, связанные с полосами Маха, однако значительно возрастают расходы. Общие черты и отличия методов Гуро и Фонга можно показать на примере цилиндрической поверхности, аппроксимированной многогранником (рис. 11). Пусть источник света находится позади нас. Проанализируем закрашивания боковых граней цилиндра.

Основные отличия можно заметить для закрашивания передней грани. Она перпендикулярна направлению лучей света. Поэтому нормали в вершинах этой грани располагаются симметрично — они образовывают попарно равные по абсолютной величине углы с лучами света. Для метода Гуро это обуславливает одинаковые интенсивности в вершинах передней грани. А раз интенсивности одинаковые, то и для любой точки внутри этой грани интенсивность одинакова (для линейной интерполяции). Это обуславливает единый цвет закрашивания. Все точки передней грани имеют одинаковый цвет, что, очевидно, неправильно.

Метод Фонга дает правильное закрашивание. Если интерполировать векторы нормалей передней грани, то по центру будут интерполированные нормали, параллельные лучам света (рис.12).

По методу Фонга центр передней грани будет светлее, чем края. Возможно, это не очень заметно на типографском отпечатке рисунка, однако это именно так. Чтобы закрасить куски бикубической поверхности, для каждого пиксела, исходя из уравнений поверхности, вычисляется нормаль к поверхности. Этот процесс тоже достаточно дорогой. Затем с помощью любой модели закраски определяется значение интенсивности. Однако прежде чем применить метод закраски к плоским или бикубическим поверхностям, необходимо иметь информацию о том, какие источники света (если они имеются) в действительности освещают точку. Поэтому мы должны рассматривать также и тени.