Entendemos por modelo
de iluminación el cálculo de la intensidad de cada punto de la escena. En el cálculo de la intensidad de un punto
intervienen:
El tipo e intensidad de
la fuente de luz
El material del
objeto
La orientación del
objeto con respecto a la luz
Proceso de iluminación.
Si un rayo de luz entra
al ojo directamente de la fuente, se verá el color de la fuente. Si un rayo de
luz pega en una superficie que es visible al observador, el color visto se
basará en la interacción entre la fuente y el material de la superficie: se
verá el color de la luz reflejado de la superficie a los ojos.
En término de gráfica
por computadora, se reemplaza el observador por el plano de proyección, como se
ve en la siguiente figura:
El recorte del plano de
proyección y su mapeo a la pantalla significa un número particular de pixeles
de despliegue.
El color de la fuente
de luz y las superficies determina el color de uno o mas pixeles en el frame
buffer.
Se debe considerar solo
aquellos rayos que dejan las fuentes y llegan al ojo del observador, el COP,
después de pasar por el rectángulo de recorte.
Cuando la luz da en una
superficie, parte se absorbe, y parte se refleja.
Interacciones entre luz
y materiales.
Superficies especulares
Superficies Difusas
Superficies difusas
perfectas
Superficies
translucidas
Fuentes de luz.
La luz puede dejar una
superficie mediante dos procesos fundamentales:
Emisión propia
Reflexión
Normalmente se piensa
en una fuente de luz como un objeto que emite luz solo mediante fuentes de
energía internas, sin embargo, una fuente de luz, como un foco, puede reflejar
alguna luz incidente a esta del ambiente.
Si se considera una
fuente como en la siguiente figura, se le puede ver como un objeto con una
superficie.
Modelo de iluminación
phong.
Es un modelo empírico
simplificado para iluminar puntos de una escena
Los resultados son muy
buenos en la mayoría de las escenas
En este modelo, los
objetos no emiten luz, sólo reflejan la luz que les llega de las fuentes de luz
o reflejada de otros objetos
El modelo usa cuatro
vectores para calcular el color para un punto arbitrario p sobre la
superficie. Si la superficie es curva, los cuatro vectores pueden cambiar
según se mueve de punto a punto.
1. El vector n es la
normal en p.
2. El vector v tiene
dirección de p al observador o COP.
3. El vector l tiene
dirección de una línea de p a un punto arbitrario sobre la superficie para una
fuente de luz distribuida, o una fuente de luz de punto.
4. El vector r tiene la
dirección de un rayo perfectamente reflejado de l. La dirección de r está
determinada por n y l.
El modelo Phong apoya
los tres tipos de interacciones material-luz: ambiente, difusa y especular. Si
se tiene un conjunto de fuentes puntos, con componentes independientes para
cada uno de los tres colores primarios para cada uno de los tres tipos de
interacciones material- luz; entonces, se puede describir la matriz de
iluminación para una fuente de luz i para cada punto p sobre una superficie,
La primera fila contiene las intensidades ambiente para rojo, verde y azul para la fuente i.
La segunda fila contiene los términos difusos.
La segunda fila contiene los términos difusos.
La tercera fila
contiene los términos especulares. (Aún no se ha aplicado ninguna atenuación
por la distancia.)
Si se emplea solo
reflexión ambiente y difusa, las imágenes serán sombreadas y aparecerán
tridimensionales, pero todas las superficies se verán sin vida. Lo que hace
falta son la reflexión de secciones más brillantes en los objetos. Esto
ocasiona un color diferente del color del ambiente reflejado y luz difusa. Una
esfera roja, bajo luz blanca, tendrá un resplandecer blanco que es la reflexión
de parte de la luz de la fuente en la dirección del observador.
Mientras que una
superficie difusa es rugosa, una superficie especular es suave. Mientras más
lisa se la superficie, más se parece a un espejo, como se ve en la siguiente
figura.
Según la superficie se hace mas lisa, la luz reflejada se concentra en un rango mas pequeño de ángulos, centrado alrededor del ángulo de un reflector perfecto: un espejo o una superficie especular perfecta. Modelar superficies especulares realísticas puede ser complejo, ya que el patrón por el cual se esparce no es simétrico, dependiendo de el largo de onda de la luz incidente y cambia con el ángulo de reflexión
Phong propuso un modelo
aproximado que puede computarse con solo un pequeño incremento en el trabajo
para superficies difusas. El modelo agrega un término para reflexión especular.
Se considera la superficie como rugosa para el término difuso u lisa para el
término especular. La cantidad de luz que el observador ve depende del ángulo ø
entre r, la dirección de un reflector perfecto, y v, la dirección del observador.
El modelo de Phong usa la ecuación:
Is= ks Ls cosα φ 0
≤ ks ≤ 1
El modelo de Phong se
ha hecho en espacio de objetos. El sombreado, sin embargo, no se hace hasta que
los objetos hayan pasado por las transformaciones modelo-vista y proyección.
Estas transformaciones pueden afectar los términos de coseno en el modelo.
Conclusión
Para concluir se puede
decir que los modelos básicos de iluminación en donde una escena de animación
se ilumina mediante unas propiedades globales (Luz ambiente) así como por
diferentes puntos de luz (Luz puntual) que emulan otros tantos tipos de
“lámparas”, para detallar las características de los objetos de la forma más
real posible. Los cálculos matemáticos que se realizan con estos parámetros,
aplicados a la geometría que define la escena. Iluminación.
Bibliografía.
http://dac.escet.urjc.es/docencia/IG/08-IluminacionSombreado4.pdf
http://www.fing.edu.uy/inco/cursos/compgraf/Clases/2012/14Iluminacion%20y%20Sombreado.pdf
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