Osvetljevanje in senčenje

(lighting - shading)

“Osvetljevanje”

Dve komponenti: Model osvetljevanja ali

Model senčenja – kako računamo intenzivnost točke na površini

Metoda upodabljanja ploskev – Kako računamo intenzivnost v vsakem pikslu

Lastnosti snovi

Barva ambienta Difuzna barva Barva odsevanja Sijaj Barva oddajane

svetlobe

Modeli osvetljevanja

Ambient Normale niso pomembne

Lambert/Difuzna barva Kot med normalo ploskve in lučjo

Phong/Odsev Normala na ploskev, vpadni kot luči, gledišče

Enačba upodabljanja

S

dxxxIxxxxxxxgxxI '''',''',',',',',

Svetloba okolja (ambient color)

Predstavlja približen prispevek svetlobe k splošni sceni ne glede na položaj luči in predmetov.

Indirektni odboji, ki so preveč kompleksni, da bi jih v celoti in natančno izračunali.

Iambient = color

Difuzni odboj

Igra pomembno vlogo pri barvi, ki jo zaznamo na nekem predmetu

Nanj vpliva barva vpadajoče difuzne svetlobe in kot vpadne svetlobe glede na normalo ploskve

Položaj očesa ne vpliva na difuzni odboj Difuzne površine so, mikrosopsko gledano, zelo

grobe. To pomeni, da ima vpadni žarek svetlobe enako možnost odboja v katerokoli smer.

Vpadni žarki Odbiti žarki

Osvetlitev površine – svetlost predmeta

Video

Model difuzne svetlobe

Lambertov kosinusni zakon

m v

s

P

cosdsd pII

msms cospri tem je

msms

pII dsd ,0max

pd : koeficient difuznega odboja

Jakost svetlobe, odbite od popolnega difuzorja, je sorazmerna cos (Θ) kota med smerjo vpadne svetlobe in normalo na ploskev.

Zrcalni odboj (specular color)

Zrcalni odboj lahko obravnavamo kot odsev na plastičnem ali celo kovinskem predmetu.

N

L

R

V

Bleščeči in motni predmeti

Phongov Model

Približek jakosti zrcalnega odboja je sorazmerje z (cos )n

Ispecular = ksIlight (cos )n

= ksIlight (V.R)n

Video

Phongov model senčenja

Phongov model

m v

s

P

fsssp pII cos

f

f

vrvr

cos

pri tem je

f

sssp vrvr

pII ,0max

ps : Koeficient zrcalnega odboja

r

mm

mssr 22

Količina odbite svetlobe je največja v smeri popolnega zrcalnega odboja. pri majhnih kotih se količina odbite svetlobe light, Isp spreminja sorazmerno s cos f() .

Kombinacija svetlobe

Kar vidi gledalec = Ambientna svetloba + Difuzna svetloba + Zrcalna svetloba

phongpIlambertpIpII ssdsas

OpenGL na primer omogoča specifikacijo različnih jakosti za vse tri vire svetlobe

phongpIlambertpIpII sspdsdasa

Isa, Isd, Isp : nastavitev za vsako luč v okolju

pa, pd, ps : nastavitev za vsako snov v okolju

Ambientna + difuzna + zrcalna

Žarenje (emission)

Predmet izžareva svetlobo primeri: luči v prostoru, luči na cesti ipd.

Slabljenje (attenuation)

Upoštevati moramo še, da luči bolj osvetljujejo ploskve, ki so bližje.

Energija slabi z oddaljenostjo od točkovnega vira svetlobe sorazmerno z 1/d2.

RGB vrednosti za luči in snov

RGB vrednosti luči kažejo jakost svetlobe RGB vrednosti za snov nakazujejo odbite

količine teh barv

phongpIlambertpIpII ssprdsdrasarr

phongpIlambertpIpII sspgdsdgasagg

phongpIlambertpIpII sspbdsdbasabb

Senčenje (shading)

Senčenje pove, kako “pobarvamo” trikotnik.

Senčenje (shading)

Plosko senčenje (Flat shading)

Poudari posamezne poligone Mehko senčenje (Smooth shading)

Mehča robove med poligoni– Gouradovo senčenje– Phongovo senčenje

Modeli senčenja (direktna svetloba)

Plosko senčenje Računamo Phongovo osvetljevanje enkrat za celoten

poligon

Gouraudovo senčenje Računamo Phongovo osvetljevanje v verteksih in

interpoliramo osvetlitev vzdolž poligona

Phongovo senčenje Računamo povprečja normal verteksov Interpoliramo normale vzdolž poligona in izvedemo

Phongovo osvetljevanje vzdolž poligona

Plosko, konstantno senčenje

Plosko senčenje, konstantna jakost Ena barva za cel trikotnik. Barvo izračunamo za en verteks in

uporabimo na celem poligonu Hitro Dobro za nekatere predmete Kaj se zgodi, če so trikotniki majhni? Nenadna sprememba jakosti na robovih Zrcalni odboji so slabo predstavljeni

Mehko senčenje (Gouraud)

Barva je linearno interpolirana od verteksov Zrcalni odboji (specular) so prikazani

interpolirano

Gouraudovo senčenje

Senčenje z interpolacijo jakosti Računamo osvetlitev v verteksih. Nato interpoliramo

barve med postopkom “scan convert” Relativno hitro, le tri računanja

Gouraudovo senčenje

Slabo povprečenje verteksov

Mehko senčenje (Phong)

Phong

Interpolacija vektorjev normal za vsako točko na stranicah predmeta

Bolj realistično, vendar računsko bolj intenzivno

Interpolacija normal, saj te predstavljajo “ukrivljenost”

Linearna interpolacija normal verteksov. Za vsak piksel, (med postopkom “scan convert”) računamo osvetljenost piksla.

Phongovo senčenje

Phongovo osvetljevanje (lighting): je empirični model za izračun osvetlitve točke na površini

Phongovo senčenje (shading): pomeni linearno interpolacijo normal ploskve in pri tem uporabo Phongtovega osvetljevanja za vsak piksel Isti vhodni podatki kot za Gouraudovo senčenje Običajno dobimo zelo mehko sliko: Vendar, stvar je časovno potratna

Phongovo senčenje NI isto kot Phongovo osvetljevanje, čeprav ju včasih zamenjujejo

Primerjava Gouraud:Phong

Senčniki (Shaders)

Lokalna osvetlitev je kompleksna Modeli odboja Proceduralne teksture Trdne teksture Sheme izbočenosti (Bump maps) Sheme odmikov (displacement maps) Preslikave okolja (Environment maps)

Vse to hočemo združiti v enoten opis senčenja. Temu pravimo senčnik (shader)

Senčniki še opisujejo Luči (na primer žaromete) Atmosfero (na primer meglo)

Senčenje v realnem času

Moorov zakon : Moč CPE se podvoji vsakih18 mesecev Napredki v materialih Napredki v metodah Napredki pri trženju

Grafična verzija: GPE moč se podvoji vsakih 6 mesecev Podpora bolj sofisticiranim senčenjem, čeprav včasih na

nenavadne načine (n.pr. Nenavadna uporaba teksturnih preslikav)