🗊Презентация Модели освещения

7. Модели освещения

Составляющие освещения Модель освещения (закрашивания) определяет, как свет от источника рассеивается по поверхности или отражается от нее. Модели освещения: Ахроматическая (монохромная) модель; Цветовая модель. В модели освещения, используемой в компьютерной графике, предполагается, что объекты сцены освещаются двумя типами источников света: точечным источником света и фоновым источником света.

Составляющие освещения При взаимодействии с объектом часть света поглощается и превращается в тепло; часть – отражается и часть – проникает внутрь. Объект видим в том случае, когда часть света отражается и попадает в глаз наблюдателя. Если весь падающий свет поглощается – то это абсолютно черное тело. Если весь свет проходит сквозь объект, то объект видим только за счет рефракции.

Составляющие освещения Различают два типа отражения света: Диффузное рассеивание – часть падающего на объект света слегка проникает внутрь поверхности и излучается обратно во всех направлениях равномерно. Рассеянный цвет сильно взаимодействует с материалом поверхности, поэтому его цвет зависит от природы материала, из которого сделана поверхность; Зеркальное отражение – падающий свет прямо отражается от поверхности, не проникая вглубь. В первом приближении зеркально отраженный свет имеет тот же цвет, что и падающий. В более сложных моделях цвет зеркально отраженного света пробегает интервал бликов, что дает лучшее приближение металлических поверхностей.

Составляющие освещения P – точка на поверхности; m – нормаль к поверхности в точке P; s – вектор, указывающий направление от точки P к источнику света; v – вектор, указывающий направление от точки P к глазу наблюдателя.

Составляющие освещения Каждая грань объекта имеет две стороны: видимую и невидимую. Для видимой стороны должно соблюдаться условие v  m > 0 ( - операция скалярного умножения)

Диффузная составляющая отраженного света Пусть IS – интенсивность источника. Тогда интенсивность отраженного света будет IScosΘ. Из всего отраженного доля ρd будет приходиться на диффузную составляющую (ρd – коэффициент диффузного отражения). Тогда диффузная компонента отраженного света будет равна ISρdcosΘ. Поскольку диффузное отражение равномерно во всех направлениях, то интенсивность диффузной компоненты, попадающей в глаз наблюдателя, не зависит от вектора.

Диффузная составляющая отраженного света

Зеркальная составляющая отраженного света Если поверхность идеально зеркальная, то отражение осуществляется по правилу: угол падения равен углу отражения. Однако в реальности это не так.

Зеркальная составляющая отраженного света Isp – интенсивность зеркальной составляющей, попадающей в глаз наблюдателя; ρs – коэффициент зеркального отражения;  – параметр, учитывающий неидеальную зеркальность ( = 1…200)

Зеркальная составляющая отраженного света

Фоновая составляющая отраженного света Если использовать только диффузную и зеркальную компоненты, то реалистичность полученного изображения оказывается не всегда удовлетворительной. Грани, которые не освещаются, будут глубоко черными, тени резкими и глубокими. Для смягчения этого эффекта добавляют третью компоненту света – фоновый свет, источник которого считается не расположенным ни в каком определенном месте, свет от него распространяется во всех направлениях одинаково. Этот источник характеризуется интенсивностью Ia, а каждая грань коэффициентом фонового отражения ρa. Следовательно, в глаз наблюдателя, расположенного в любом месте, попадает отраженная часть фонового источника Iaρa.

Монохромная модель освещения

Цветовая модель освещения

Прожекторы

Ослабление света с расстоянием

Параметры источника освещения Цвет фонового освещения (GL_AMBIENT) Цвет рассеянного освещения (GL_DIFFUSE) Цвет отраженного света (GL_SPECULAR) Расположение (GL_POSITION) Направление распространения света (GL_SPOT_DIRECTION) Концентрация светового луча (сфокусированность источника) (GL_SPOT_EXPONENT) Угол разброса световых лучей (GL_SPOT_CUTOFF) Коэффициент постоянного ослабления (GL_CONSTANT_ATTENUATION) Коэффициент линейного ослабления (GL_LINEAR_ATTENUATION) Коэффициент квадратичного ослабления (GL_QUADRATIC_ATTENUATION)

Свойства материала Фоновый цвет материала (GL_AMBIENT) Рассеянный цвет материала (GL_DIFFUSE) Фоновый и рассеянный цвет материала (GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE) Отраженный цвет материала (GL_SPECULAR) Коэффициент зеркального отражения (блеск) (GL_SHININESS) Излучаемый цвет материала (GL_EMISSION) Индексы фонового, рассеянного и отраженного цветов (GL_COLOR_INDEXES)

Цвет вершины

Пример #include <GL/glut.h> GLfloat diffuseMaterial[4] = { 0.5, 0.5, 0.5, 1.0 }; void init(void) { GLfloat mat_specular[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 }; GLfloat light_position[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 }; glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); glShadeModel (GL_SMOOTH); glEnable(GL_DEPTH_TEST); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, diffuseMaterial); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular); glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, 25.0); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position); glEnable(GL_LIGHTING); glEnable(GL_LIGHT0); glColorMaterial(GL_FRONT, GL_DIFFUSE); glEnable(GL_COLOR_MATERIAL); }

Пример void display(void) { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); glutSolidSphere(1.0, 20, 16); glFlush (); } void reshape (int w, int h) { glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); if (w <= h) glOrtho (-1.5, 1.5, -1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w, 1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w, -10.0, 10.0); else glOrtho (-1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -1.5, 1.5, -10.0, 10.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); }

Пример void mouse(int button, int state, int x, int y) { switch (button) { case GLUT_LEFT_BUTTON: if (state == GLUT_DOWN) { diffuseMaterial[0] += 0.1; if (diffuseMaterial[0] > 1.0) diffuseMaterial[0] = 0.0; glColor4fv(diffuseMaterial); glutPostRedisplay(); } break; case GLUT_MIDDLE_BUTTON: if (state == GLUT_DOWN) { diffuseMaterial[1] += 0.1; if (diffuseMaterial[1] > 1.0) diffuseMaterial[1] = 0.0; glColor4fv(diffuseMaterial); glutPostRedisplay(); } break;

Пример case GLUT_RIGHT_BUTTON: if (state == GLUT_DOWN) { diffuseMaterial[2] += 0.1; if (diffuseMaterial[2] > 1.0) diffuseMaterial[2] = 0.0; glColor4fv(diffuseMaterial); glutPostRedisplay(); } break; default: break; } } void keyboard(unsigned char key, int x, int y) { switch (key) { case 27: exit(0); break; } }

Пример int main(int argc, char** argv) { glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH); glutInitWindowSize (500, 500); glutInitWindowPosition (100, 100); glutCreateWindow (argv[0]); init (); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMouseFunc(mouse); glutKeyboardFunc(keyboard); glutMainLoop(); return 0; }

Пример

Пример

Пример