Modelos de Iluminación y Sombreado de Objetos I

Transcripción

1 25 de abril de 2011

2 Preparación de los Enmallados 3D para el Rendering

3 Características Geométricas de los Enmallados para Rendering Caras de geometría homogénea Usualmente triángulos o trapecios Normales siempre apuntando al exterior del objeto Orden apropiado de los vértices y las aristas en la estructura de datos del enmallado para cálculo de la normal Existen algoritmos de corrección de normales para enmallados complejos No se permiten regiones de una sola cara (los objetos deben ser volúmenes totalmente contenidos en un enmallado cerrado Existen algoritmos de complementación y corrección topológica para cerrar oricios y complementar regiones bidimensionales

4 Optimización por Descarte de Caras Posteriores (culling)

5 Ejemplo I

6 Ejemplo II

7 Optimización resultante del culling

8 Simulación de la óptica en Computador

9 Modelo vectorial de Iluminación Luz reflejada Luz incidente Normal a la superficie Ángulo incidente Superficie Reflexión difusa Luz dispersada Observador Tangente a la superficie en el punto evaluado Ángulo de refracción Luz refractada (transparencia)

10 Iluminación y modicación de la Intensidad del color Bajo los diferentes modelos de representación, la cantidad de energía lumínica reejada o emitida por un objeto es una cantidad numérica modelada como una propiedad (implícita o explícita) de su luminosidad: la Intensidad La intensidad se representa como una variable directa o se altera implícitamente según una función (creciente) sobre los componentes de color de un objeto dada la intensidad de luz incidente I En computación gráca se suele asumir que la intensidad de los objetos varía linealmente (coeciente). Ej: dada una tonalidad ideal k c de un cuerpo c, la intensidad de ese cuerpo sobre su supercie variará según coecientes (multiplicaciones) I c = k ci En el modelo RGB se podría hacer r g b = r c g c b c I amb

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12 Tipos de sombreado Sombreado ambiental Sombreado difuso direccional (planos) Sombreado difuso Sombreado especular

13 Sombreado Ambiental Las escenas tienen, por estabilización de la cantidad de luz presente en el espacio, una cantidad de luz ambiental constante a todo el espacio de la escena La intensidad visible de un objeto c con tonalidad k c estará dada por la expresión I c = k c I amb donde I amb es la intensidad de luz ambiental presente en la escena. Su resultado es una coloración uniforme de la supercie en la que la tonalidad ideal está modulada por la cantidad de luz ambiental de la escena

14 Sombreado difuso direccional (Planos) Aunque las escenas tienen una cierta cantidad de luz uniforme, las supercies reejan más luz si ésta incide de forma más directa (perpendicular). El comportamiento difuso hace que las supercies planas reejen una cantidad de luz similar en todas las direcciones asociadas a su normal La intensidad visible de un plano s con tonalidad k s estará dada por la expresión I s = k c (I amb + I l (n l)) donde I l es la intensidad de la fuente de luz, n es el vector normal unitario a la supercie y l es el vector unitario a la fuente de luz. A veces se asignan diferentes tonalidades k amb y k d (ambiental y difusa) a los objetos (p.ej. supercies nacaradas)

15 Reectividad Difusa En objetos curvadas, no hay tal preservación de la intensidad de luz difusa reejada por el objeto en cada plano: La intensidad estará variando de forma continua sobre la supercie del objeto con la misma expresión para un plano s con tonalidad k s I s = k amb I amb + k d I l (n l) Sin embargo, dado que se tendrá una variación continua de tonalidad, se necesitará calcular el modelo de iluminación difuso para cada punto visible de cada supercie en la escena según la discretización del plano de visión.

16 Modelo de Gouraud Restricción: sólo se cuenta con normales a planos Solución optimizada: Calcular las normales a los vértices como promedios de los vectores normales a los planos Estimar en los vértices el modelo de iluminación difuso Interpolar las intensidades a lo largo de las aristas Con los valores de intensidad interpolados en las aristas, interpolar intensidades sobre la supercie de los objetos

17 Reectividad Especular Algunos materiales son molecularmente mas compactos y uniformes en su supercie, de modo que ésta reeja de manera más coherente la luz que incide sobre ellos Supercies pulimentadas de estos materiales reejarán la luz de forma similar a un espejo (carácter especular) La brillantez del objeto reectante para un observador dependerá de la cercanía del vector que apunta al observador con el vector de reexión, lo que se modela exponencialmente usando la Ley de Fresnel.

18 Modelo de Phong La intensidad aportada por la reexión especular se añade a la expresión descrita para dar un plano s con tonalidad especular k s estará dada por la expresión I esp = k esp I l (v r) p donde k esp es el color especular del objeto, v es el vector unitario que apunta al observador, r es el vector de reexión y p es el exponente de la ley de Fresnel (mayor exponente, menor supercie especular pero más brillante)

19 Otros efectos: Distancia y Color Objetos más cercanos se verán más brillantes (interpolación lineal del color escalando las tonalidades de acuerdo a la distancia de cada supercie al observador