47) Метод візуалізації тривимірних поверхонь шляхом зафарбовування поверхонь

Зафарбовування поверхонь припускає використання алгоритмів, що імітують відбиття світла реальними поверхнями тіл для створення більш менш реалістичних зображень. При обчисленні кольору точки використовується алгебра векторів. Розташування поверхні характеризується вектором нормалі до поверхні в даній точці. Напрямок променів падаючого і відбитого світла,а також напрямок погляду також задається відповідними векторами. Поверхні реальних об’єктів мають низку характеристик,які впливають на характер відбиття ними світла:світлота і колір об’єкта,шершавість поверхні,прозорість і ін.У комп’ютерній графіці для імітації цих властивостей використовують кілька моделейвідбиття світла. Дзеркальне відбиття світла характерно длягладких поверхонь. Промінь, що падає, відбитий промінь і нормаль розташовані в одній площині .Поверхна вважається ідеально гладкою,якщо розмір шершавостей на ній набагато менший довжини світлово хвилі. У такому випадку вся світлова енергій ,що віддзеркалюється від поверхні спрямована вздовж лінії відбитого променя,розсіювання відсутнє. Дифузійне відбиття властиве матовим поверхням,що мають більше шершавість ніж довжина світлової хвилі. Прикладами можуть бути папір,гіпс,пісок. Дзеркальне і дифузійне відбиття при деяких кутах дають нульові значення інтенсивності. Це значить що ділянки об’єкта будуть повністю чорними. Оскільки в реальних сценах крім прямого освітлення присутнє й розсіяне світло,у модель вводиться імітація розсіяного освітлення з деякою інтенсивністю,що залежить від напрямку джерела світла.Для прозорих об’єктів використовується модель ідеального дифузійного переломлення.

48) Метод візуалізації тривимірних поверхонь шляхом імітації гладких поверхонь полігональної моделі

Оскільки полігональні моделі являють собою набір плоских граней,найпростіший метод їхнього зафарбування наступний. Для кожної грані визначаємо напрямок вектора нормалі,і відповідно до моделі оптичних властивостей матеріалу поверхні і напрямку променя освітленості обчислюємо колір цієї грані. Потім заповнюємо грані відповідним кольором. Для створення більш реалістичних зображень необхідно «згладити» нерівності полігональної апроксимації. Існують методи,що дозволяють «згладити» границі між гранями, що дозволяють створити ілюзій гладкої поверхні: методи Гуро і Фонга. Метод Гуро: Обчислюються нормалі до граней ;Обчислюються нормалі в вершинах полігональної сітки; спираючись на нормалі вершин,з урахуванням напрямку падаючого світла й оптичних властивостей матеріалу поверхні для кожної вершини обчислюється колір; Полігон грані зафарбовується кольорами методом лінійної інтерполяції кольорів. У результаті грань заповнена рівномірним колірним переходом і здається опуклою. Зафарбовування за методом Гуро не потребує великої кількості обчислень і виконуються за допомогою простого алгоритму, тому метод дуже швидкийі використовується при створенні зображень,що рухаються в режимі реального часу. Метод Фонга також обчислює нормалі до граней і нормалі вершин, але обчислення кольору виконується окремо для кожного пікселя зображення грані. При цьому виконується лінійна інтерполяція векторів нормалей – для точки поверхні грані,що проектується в даний піксель зображення. Тому грань зафарбовується так само, якби вона була справді опуклою чи увігнутою. Цей метод потребує значно більшої кількості обчислень і застосовується при остаточній візуалізації об’єктів, дозволяючи створити якісне реалістичне зображення.