Возникновение теней

В локальной модели затенения тени появляются, когда участок не может видеть один или несколько источников. В этой модели точечные источники по­рождают ряд теней с четкими границами; особенно темны затененные области, откуда не виден ни один источник. Тени, отбрасываемые одним источником, могут быть четкими и черными в зависимости от размера источника и остальных соседних поверхностей (которые могут отражать свет в эту тень и делать ее границы размытыми). В XIX веке было популярно отбрасывать та­кие тени на бумагу, а затем обводить их карандашом, в результате чего полу­чались силуэты, которые иногда еще можно увидеть в антикварных магазинах.

Геометрия тени, отбрасываемой точечным источником на плоскость, анало­гична геометрии наблюдения через перспективную камеру. Любой участок поверхности будет находиться в тени, если луч, идущий от участка к источнику, проходит через объект. Это означает, что существует два вида тени:

1) собственная тень возникает, когда поверхность удалена от источника света, и луч от участка поверхности к источнику идет перпендикулярно поверх­ности;

2) отбрасываемая тень – когда источник неожиданно исчезает за затеняющим объектом. Отметим, что тени, отбрасываемые на искривленную поверхность, могут иметь чрезвычайно сложную геометрию.

Если источников много, то тени выглядят светлее (кроме тех точек, откуда не виден ни один источник), и может существовать множество качественно раз­ных областей тени (каждый источник отбрасывает свою собственную тень - некоторые точки могут видеть только один источник). Один из примеров этого явления можно наблюдать при телевизионной трансляции футбольных матчей. Поскольку стадион освещается множеством ярких отдаленных точечных источ­ников – прожекторов, равномерно распределенных по всему периметру стадио­на, – вокруг каждого игрока образуется набор равномерно окружающих его те­ней. При перемещении игрока по полю эти тени обычно становятся темнее или светлее, чаще всего потому, что освещение, обусловленное другими источника­ми и взаимным отражением в области тени, увеличивается или уменьшается.

Плоские источники порождают сложные тени со сглаженными границами, поскольку если смотреть на источник из точки, находящейся на участке поверхности, то он медленно скрывается за затеняющим объектом. Области, откуда источник не виден вообще, называют тенью; области, откуда видна некоторая часть источника, называют полутенью. Представьте себя лежащим на спине и смотрящим вверх. Из точки 1 вам будет виден весь источник; из точки 2 вы сможете увидеть его часть; а из точки 3 вы его не увидите

Простой способ определения объектов, попавших в тень и, следовательно, неосвещенных, аналогичен алгоритму удаления невидимых поверхностей: те объекты, которые невидимы из источника освещения, но видимы из точки зрения находятся в тени. На первом шаге в алгоритме с учетом тени определяются все многоугольники, видимые из точки освещения. Затем выполняется удаление поверхностей невидимых из точки зрения. При выполнении закраски многоугольника проверяется, не закрыт ли он многоугольником, видимым из источника освещения. Если да, то в модели освещения учитываются (если надо) все три компоненты – диффузное и зеркальное отражения и рассеянный свет. Если же перекрытия нет, то закрашиваемый многоугольник находится в тени и надо учитывать только рассеянный свет