Зеркальное отражение

Зеркальное отражение можно получить от любой блестящей поверхности. Там, где находится световой блик, объект кажется белым.

Блестящие поверхности отражают свет неодинаково по всем направлениям. От тщательно отполированной поверхности (идеальное зеркало) свет отражается только в том направлении, для которого углы падения и отражения совпадают, то есть наблюдатель может увидеть отраженный свет, только если .

Для не идеальных поверхностей интенсивность отраженного света резко падает с ростом .

В модели, предложенной Фонгом, интенсивность зеркально отраженного света рассчитывается в зависимости от степени отклонения от истинного значения вектора зеркально отраженного луча света по закону , где в зависимости от отражающей способности материала. Это эмпирическая модель, основанная на наблюдении.

Для идеального отражателя n бесконечно велико.

Количество падающего света, которое зеркально отражается, в случае реальных материалов зависит от угла падения , то есть является некоторой функцией .

Если – вектор зеркально отраженного луча света, а – вектор направления к наблюдателю, то интенсивность зеркально отраженного света по модели Фонга рассчитывается так:

,

где – угол между векторами и .

Если векторы и нормированы, то , а в качестве используется константа , выбираемая из эстетических качеств результата и не зависящая от цвета поверхности, тогда модель рассчета интенсивности зеркально отраженного света будет иметь вид:

А общая модель для расчета интенсивности отраженного луча света для трех составляющих – рассеянного света, диффузного и зеркального отражения – будет выглядеть так:

Для рассчета отражения от цветных поверхностей уравнения записываются отдельно для голубого (cyan), пурпурного (magenta) и желтого (yellow) света (модель CMY), а константы отражения задаются тройкой величин, например, .

Так, например, для желтой поверхности , а модель рассчета отраженного света будет иметь вид:

, где .

В противоположность полученной эмпирически модели Фонга, можно использовать теоретически обоснованную модель отражающей поверхности Торрэнса-Спэрроу. В этой модели предполагается, что поверхность является совокупностью микроскопических граней, каждая из которых представляет собой идеальный отражатель. Ориентация каждой грани задается функцией распределения вероятностей Гаусса. Интенсивность и направление зеркального отражения определяются как функции .

Грани a, c и e иллюстрируют три способа отражения, рассматриваемые в модели. Грань a освещается целиком и все лучи отражаются в направлении к наблюдателю. Часть грани c за штриховой линией не освещается и отражение производится только с освещенного участка этой грани. Грань e полностью освещается, но часть отраженных лучей падает на грань f и отражается в некотором другом направлении, составляя часть диффузного отражения.

9. Закраска полигональной сетки

Существует три основных способа закраски объектов, заданных полигональными сетками:

• однотонная закраска;

• закраска на основе интерполяции значений интенсивности света;

• закраска на основе интерполяции значений нормалей.

В каждом из этих случаев можно использовать любую из моделей закраски, рассмотренных выше.