20. Построение реалистических изображений. Закраска методами Гуро и Фонга.

Построение реалистических изображений включает как физические, так и психологические процессы. Свет, т.е. электромагнитная энергия, после взаимодействия с окружающей средой попадает в глаз, где в результате физических и химических реакций вырабатываются электроимпульсы, воспринимаемые мозгом.

Границы областей постоянной интенсивности кажутся более яркими, в результате чего области с постоянной интенсивностью воспринимаются, как имеющие переменную интенсивность. Это явление называется эффектом полос Маха по имени открывшего его австрийского физика Эрнста Маха. Эффект полос Маха наблюдается, когда резко изменяется наклон кривой интенсивности. Если кривая интенсивности вогнута, то в этом месте поверхность кажется светлее, если выпукла – темнее.

Эффект полос Маха особенно хорошо заметен на полутоновых поверхностях, заданных многоугольниками. Если интенсивность многоугольников определяется с учетом направления вектора нормали, то на ребрах этих многоугольников интенсивность будет резко меняться.

Метод Гуро

Метод назван по имени его разработчика, француза Генри Гуро. Если при построении полигональной поверхности для каждой грани используется по одной нормали, то модель освещения создает изображение, состоящее из отдельных многоугольников. Методом Гуро можно получить сглаженное изображение.

Закраска по методу Гуро предназначена для создания иллюзии гладкой криволинейной поверхности, описанная в виде многоугольников или полигональной сетки с плоскими гранями. Если каждая плоская грань имеет один постоянный цвет, определенный с учетом отражения, то различные цвета соседних граней очень заметны, и поверхность выглядит как многогранник. Зрение человека имеет способность подчеркивать перепады яркости на границах смежных граней - такой эффект называется эффектом полос Моха. Поэтому для создания иллюзии гладкости необходимо, намного увеличить количество граней, приводящей к существенному замедлению визуализации- чем больше граней, тем меньше скорость рисования объектов.

Метод Гуро - это метод, согласно которому цвет примитива реально рассчитывается лишь в вершинах, а затем линейно интерполируется по его поверхности. Это значительно снижает вычислительные затраты и не менее Закрашивание граней по методу Гуро осуществляется в четыре этапа.

· Вычисляются нормали к каждой грани.

· Определяются нормали в вершинах. Нормаль в вершине определяется усреднением нормалей примыкающих границей.

· На основе нормалей в вершинах вычисляются значения интенсивностей в вершинах согласно выбранной модели отражения света.

· Закрашиваются полигоны граней цветом, соответствующим линейной интерполяции значений интенсивности в вершинах.

Вектор нормали в вершине а равен

N_a=(N₁+N₂+N₃)/3

Определение интерполированных значений интенсивности отраженного света в каждой точке грани ( и, следовательно, цвет каждого пиксела) удобно выполнять во время цикла заполнения полигона. Рассмотрим заполнение контура грани горизонталями в экранных координатах.

Заполнение контура грани

Интерполированная интенсивность I в точке (X,Y) определяется исходя из пропорции

(I-I₁)/(X-X₁) = (I₂-I₁)/(X₂-X₁).

Отсюда

I = I₁+(I₂-I₁) (X-X₁)/ (X₂-X₁).

Значения интенсивностей I₂ и I₁ на концах горизонтального отрезка представляют собой интерполяцию интенсивности в вершинах:

(I₁-I_b) / (Y-Y_b) = (I_c-I_b) / (Y_c-Y_b) (I₂-I_b) / (Y-Y_b) = (I_a-I_b) / (Y_a-Y_b) Или I₁= I_b+ (I_c-I_b) (Y-Y_b) / (Y_c-Y_b) I₂= I_b+(I_a-I_b) (Y-Y_b) / (Y_a-Y_b).

21. Прозрачность

Прозрачные объекты - пропускающие свет, например, такие, как стакан, ваза, окно автомобиля, вода. При переходе из одной среды в другую, например, из воздуха в воду, световой луч преломляется; поэтому, торчащая из воды палка кажется согнутой.

Преломление: Закон преломления(Снеллиуса) - падающий и преломляющий лучи лежат в одной плоскости, а углы падения и преломления связаны формулой

,

где и - показатели преломления двух сред, - угол падения, - угол преломления (рис.). Ни одно вещество не пропускает весь свет, часть его всегда отражается; это тоже показано на рисунке

Так же, как и отражение, пропускание может быть зеркальным (направленным) или диффузным. Направленное пропускание свойственно прозрачным веществам, например, стеклу. Если смотреть на объект сквозь такое вещество, то, за исключением контурных линий криволинейных поверхностей, искажения происходить не будут. Если свет при пропускании через вещество рассеивается, то мы имеем диффузное пропускание. Такие вещества кажутся полупрозрачными или матовыми. Если смотреть на объект сквозь такое вещество, то он будет выглядеть нечётким или искажённым.