Modelos de Iluminación

Transcripción

1 Modelos de Iluminación Facultad de Cs. de la Computación Juan Carlos Conde Ramírez Computer Graphics

2 Contenido 1 Introducción 2 Modelos de Iluminación 3 Factor de Atenuación 4 Aplicación de Colores 1 / 32

3 Contenido 1 Introducción 2 Modelos de Iluminación 3 Factor de Atenuación 4 Aplicación de Colores 2 / 32

4 Importancia Hemos visto que se obtienen ESCENAS REALISTAS al utilizar proyecciones de perspectiva de objetos y aplicar colores en las supercies visibles. Un modelo de iluminación, se utiliza para calcular la intensidad de la luz que percibimos desde un punto determinado en la supercie de un objeto. El foto-realismo en las grácas por computadora implica dos elementos: 1. Representaciones grácas de objetos exactas. 2. Buenas descripciones físicas de los efectos de iluminación en una escena. 3 / 32

5 Conceptos I Los efectos de iluminación incluyen reexiones de luz, transparencia, textura de supercie y sombras. El modelado de los colores y efectos de iluminación que vemos en un objeto es un proceso complicado que implica principios tanto físicos como psicológicos. Los efectos de iluminación se describen como modelos que consideran la interacción de la energía electromagnética con las supercies de los objetos. 4 / 32

6 Conceptos II Una vez que la luz llega a nuestros ojos, activa un proceso de percepción que determina lo que en realidad se ve en una escena. Los modelos de iluminación física implican varios factores: el tipo de objeto la posición del objeto con respecto de las fuentes de luz y otros objetos las condiciones de la fuente de luz para una escena 5 / 32

7 Proceso de Iluminación 6 / 32

8 Proceso de Iluminación Existe un modelo geométrico al que se le puede interrogar acerca de las características de la posición y la orientación de los objetos. En todo punto de la supercie del objeto está denida la normal exterior. La supercie de los objetos es lisa. Modelización de los atributos visuales de los objetos. Es conocido el color del objeto. Modelización del observador. Se conoce la posición del observador o la dirección de proyección en el espacio de los objetos. 7 / 32

9 Otros Detalles Fuentes de luz: Posición: localizada o innitamente alejada. Intensidad: color de la fuente. Cantidad: integración de efectos. Distribución lumínica: uniforme, focalizada, direccional, etc. Geometría: puntual, esférica, lineal, etc. Objetos: Distancias: al observador y a la fuente de luz. Material: pulido, metálico, rugoso, etc. Propiedades ópticas: transparencia, refracción, etc. Cromaticidad: Color supercial propio. Interacción lumínica con otros objetos de la escena. Observador: Dirección de observación: cálculo de la intensidad 8 / 32

10 Contenido 1 Introducción 2 Modelos de Iluminación 3 Factor de Atenuación 4 Aplicación de Colores 9 / 32

11 Modelo Simple Los modelos de iluminación que se mostrarán son empíricos, es decir, no están basados en la física sino en la observación de su comportamiento. donde: I = f {p, PV, {O}, {F }} (1) I : intensidad de iluminación observada p. p: punto de cálculo de la iluminación. PV : posición del punto de vista. {O} modelo geométrico y material de los objetos. {F } modelo geométrico e intensidad de las fuentes de luz. Simplicaciones aplicadas: Fuentes puntuales. Objetos opacos. Modelo de iluminación local. 10 / 32

12 Luz Ambiental Se considera que hay una fuente de luz no direccional, producto de múltiples reexiones de luz desde muchas fuentes presentes en el entorno. La luz ambiente incide igualmente en todas las supercies en todas las direcciones. Su ecuación de iluminación es: I = I a k a donde: I a es la intensidad de la luz ambiente k a es el coeciente de reexión ambiente 11 / 32

13 Luz Ambiental Ejemplo Característica de la luz: I a = 1 Característica del material: 12 / 32

14 Luz Difusa Las reexiones difusas de la supercie se dispersan en todas direcciones con la misma intensidad. Las reexiones difusas son constantes en cada supercie de una escena e independientes de la dirección de la vista. La cantidad fraccional de luz incidente que se reeja de manera difusa se puede establecer para cada supercie con el parámetro k d A k d se le asigna un valor constante en el intervalo [0,1]; para una supercie muy reejante sería un valor cercano a 1 y para una supercie que absorbe la mayor parte de la luz incidente, un valor cercano a / 32

15 Luz Difusa La energía luminosa que se irradia desde cualquier punto de la supercie se rige por la ley del coseno de Lambert. La intensidad de la luz depende de la energía radiante por área proyectada perpendicular a la direccion θ N. Por lo tanto, la intensidad de luz es igual en todas las direcciones de vista. I = I L k d cos(θ) 14 / 32

16 Luz Difusa El brillo depende únicamente del ángulo θ entre la dirección de L y de N (ángulo de incidencia). Así que la ecuación resultante con reexión difusa queda como: I = reexión ambiental +I L k d cos(θ) = I a k a + I L k d ( N L) donde: I L es la intensidad de la fuente θ es el ángulo de incidencia en [0..90] k d es el coeciente de reexión difusa [0..1] N es la normal de la supercie (vector unitario) L es el vector de iluminación (vector unitario) 15 / 32

17 Luz Difusa Ejemplo Característica de la luz: I a = 0.5 I L = 0.8 Posición (2, 2, 2) 16 / 32

18 Luz Especular Cuando vemos una supercie brillante iluminada, como metal pulido, una manzana o la frente de una persona, vemos un toque de luz o una mancha brillante en algunas direcciones de vista. El fenómeno se conoce como reexión especular, y es el resultado del total o casi el total de la reexión de la luz incidente en una región concentrada alrededor de un ángulo de reexión especular que forma un brillo. 17 / 32

19 Luz Especular La reexión especular depende de la posición del observador. Reexión perfecta. La dirección R desde la que se observa el reejo es la misma dirección de reexión. 18 / 32

20 Luz Especular Reexión imperfecta. Cuando el observador se aleja de la dirección de reexión perfecta R. Se podría modelar este efecto teniendo en cuenta el ángulo α entre R y V. 19 / 32

21 Luz Especular y efecto Phong El modelo asume que la máxima reectancia especular ocurre cuando α es cero y decae rápidamente conforme α se incrementa. Esta disminución puede aproximarse mediante cos n (α). De este modo, la intensidad especular reejada por la supercie quedaría como: I s = I L k s cos n (α) = I L k s ( R V ) n donde: k s: coeciente de reexión especular. α: ángulo entre R y V. n: potencia de especularidad. 20 / 32

22 Luz Especular Calculo del vector R R = N cos(θ) + S S = N cos(θ) L = R = 2 N cos(θ) L = 2 N ( N L) L 21 / 32

23 Luz Especular Ejemplo Característica de la luz: I a = 0.5 I L = 0.8 Posición (2, 2, 2) 22 / 32

24 QUIZ En base a los modelos de iluminación anteriores, determina cómo se llama cada tipo de LUZ de acuerdo a su comportamiento. 23 / 32

25 Contenido 1 Introducción 2 Modelos de Iluminación 3 Factor de Atenuación 4 Aplicación de Colores 24 / 32

26 Atenuación del Foco PROBLEMA: Dos supercies a distinta distancia del foco son irradiadas con diferente intensidad. Esta diferenciación se introduce mediante un factor de atenuación, f ate, quedando la ecuación de la siguiente forma: ( ) 1 f ate = min (c 1 +c 2 d L +c 3 d 2 L ), 1 donde: c 1, c 2 y c 3: son constantes empíricas. d L : es la distancia desde el punto a iluminar hasta el foco de luz 25 / 32

27 Atenuación Por tanto la ecuación general para el cálculo de intensidad de iluminación, hasta este punto, queda como: I = I a k a + f ate I L (k d ( N L) + k s ( R V ) n ) 26 / 32

28 Contenido 1 Introducción 2 Modelos de Iluminación 3 Factor de Atenuación 4 Aplicación de Colores 27 / 32

29 Luces y Supercies Debemos tener en cuenta la dependencia de los parámetros del modelo de iluminación con la longitud de onda de la luz (color). Parámetros dependientes: Intensidades. Color espectral de las fuentes Color del Brillo (O d ). Coecientes de reexión. Reectividad dependiente de las preferencias por la absorción de determinadas longitudes de onda por el material Color del Objeto (O s). 28 / 32

30 Luces y Supercies Ejemplo Característica de la luz: I a = (0.5, 0.5, 0.5) I L = (0.8, 0.8, 0.8) Posición (2, 2, 2) 29 / 32

31 Múltiples Fuentes de Luz Si hay m fuentes de luz, entonces los términos de cada fuente de luz se suman: 30 / 32

32 Iluminación TAREA Descargar y leer del documento PDF titulado Arreglos de Vértices disponible en el directorio Web del curso (3_6 Arreglos de Vertices.pdf) en: Posteriormente elaborar resumen que contenga la información que responda a las siguientes preguntas: 1. ¾Cuál es el objetivo de utilizar Arreglos de Vértices? 2. ¾Cuál es el procedimiento general? 3. ¾Cuáles son las funciones de OpenGL más importantes para el manejo de Arreglos de Vértices? y ¾Cómo funcionan? *El resumen deberá presentarse escrito a mano y con lapicero. Además del contenido se evaluará la presentación para contar como tarea completa. 31 / 32

33 La emoción de ganar debe ser mayor al miedo de perder [Robert Kiyosaki] Juan Carlos Conde Ramírez 32 / 32