- •Оптические свойства объектов трехмерных
- •Оптические свойства объектов трехмерных сцен: идеальное зеркальное отражение и преломление
- •Оптические свойства объектов трехмерных сцен:
- •Оптические свойства объектов трехмерных сцен:
- •Оптические свойства объектов трехмерных сцен: шероховатая поверхность
- •Оптические свойства объектов трехмерных сцен:
- •Освещение в трехмерных сценах: источники света
- •Реалистичная закраска граней: метод Гуро (Gouraud shading)
- •Реалистичная закраска граней: метод Фонга (Phong shading)
- •Реалистичная закраска граней: другие модели
ая
графика
лекция 4 (1)
Свет и цвет в трёхмерных моделях
Оптические свойства объектов трехмерных
сцен
|
|
|
В настоящее время основное отличие |
|
E |
|
«реалистичных» моделей |
C |
|
|
компьютерной графики от реальной |
|
|
|
физики взаимодействия света с |
|
|
|
веществом заключается в |
|
1 |
|
игнорировании зависимости |
hν |
|
коэффициентов отражения и |
|
3 |
|
||
|
преломления света от длины волны |
||
|
2 |
|
падающего излучения, неучёта |
p2 |
|
p1 |
явлений поляризации и пренебрежение |
|
механизмами рассеяния света |
||
|
|
|
|
V |
|
|
веществом. |
Оптические свойства объектов трехмерных сцен: идеальное зеркальное отражение и преломление
r i 2 i n n
r |
i C |
1 |
2 |
(C |
2 |
1) |
|
r |
|||
t |
|
|
n, |
||||||||
ãäå |
1 |
, C |
r |
r |
cos( i ) |
|
|||||
2 |
i |
n |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оптические свойства объектов трехмерных сцен:
диффузно отражающие поверхности
идеальное диффузное отражение реалистичное отражение
I I0 i n
v
Оптические свойства объектов трехмерных сцен:
диффузное отражение и преломление
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
1 |
|
cos |
|
cos |
|
|
|
|
|
cos |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
R( ) |
|
|
i |
t |
|
|
cos |
i |
t |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2 |
cos |
|
cos |
|
|
cos |
cos |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
i |
t |
|
|
|
i |
t |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
||
|
cos |
|
|
|
2 |
cos |
|
|
|
|
|
2 cos |
|
|
|
|
|
|||||||||||
T ( ) |
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
||||||
2 |
cos |
cos |
|
|
|
cos |
|
|
|
cos |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
i |
|
|
|
i |
|
t |
|
|
|
|
i |
|
cos |
t |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
I I0 |
r |
r |
i r |
r |
|
|
|
(n |
i ) (n |
v) |
R K (v i ) p - модель Уиттеда
Оптические свойства объектов трехмерных сцен: шероховатая поверхность
|
|
2 |
|
|
|
|
|
D( ) Ce m
I I0 |
R( , |
) D( ) |
||
|
|
i |
|
|
|
|
(n |
i ) |
(n v) |
Оптические свойства объектов трехмерных сцен:
поглощение света |
|
I I0 e x |
|
перспективное текстурирование
- наложение bitmap-изображений на поверхность (грань) с целью изменения параметров отображения микрограней (цвета, прозрачности, положения вектора нормали, самосвечения и др.)
•point-sampling
•bi-linear filtering
•mip-mapping
•tri-linear filtering
Освещение в трехмерных сценах: источники света
1. Рассеянный свет: |
I I0 Ia ka |
|||
2. Точечный источник: |
I I0 |
Il |
|
cos i |
|
d 2 |
|||
|
|
|
|
|
3. Реалистичный |
I I0 |
Il |
cos i |
|
точечный источник: |
|
|
d k |
требуется знать геометрию источника излучения, 4. Протяженный источник: моделирование которого может осуществляться
суммированием вкладов от отдельных точечных источников, заменяющих фрагменты излучающей поверхности
5. Направленный источник:может быть любой из вышеперечисленных источников, излучение которого ограничено заданным телесным углом
или маской
Реалистичная закраска граней: метод Гуро (Gouraud shading)
I |
W |
(1 t )I |
V |
t I |
V |
|
, где t |
|
|
|
|
|
W1V1 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
1 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
V1V2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
1 |
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
IW2 |
(1 t2 )IV3 |
t2 IV2 |
, где t2 |
|
|
|
W2V3 |
|
||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
V2V3 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||
IW (1 t3 )IW |
t3 IW |
, где t3 |
|
|
|
|
|
|
|
WW1 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
W1W2 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реалистичная закраска граней: метод Фонга (Phong shading)
|
|
|
|
|
|
|
W1V1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
nW |
(1 |
t1 )nV |
t1nV |
, где t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V1V2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
1 |
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W2V3 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
nW |
(1 |
t2 )nV |
t2 nV |
, где t2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
V2V3 |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
2 |
|
3 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
WW1 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
nW |
(1 t3 )nW |
t3nW |
, где t3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
W1W2 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.Определяются нормали к граням
2.По нормалям к граням определяются нормали в вершинах
3.В каждой точке закрашиваемой грани определяется интерполированный вектор нормали
4.По направлению векторов нормали определяется цвет точек грани в соответствии с выбранной моделью отражения света
Реалистичная закраска граней: другие модели
Модель затенения Blinn видоизменяет размер зеркальной подсветки модели Phong в зависимости не только от направления на источник света, но и от направления на наблюдателя. Чем меньше угол между поверхностью и направлением на наблюдателя, тем больше размер подсветки.
Модель затенения Cook-Torrance является логичным развитием модели Blinn, делая подсветку зависящей еще и от длины волны. Эта модель позволяет получать дополнительные цветовые переходы на краях подсветки для шероховатых металлических и пластиковых материалов.
Модель затенения Ward позволяет определять преимущественное направление шероховатостей поверхности и изменять форму подсветки в зависимости от такого направления.