grafica pe calculator 2008 - 2009 curs 9

Click here to load reader

Post on 06-Dec-2015

34 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Grafica 3D Curs

TRANSCRIPT

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 1

    GRAFICA PE CALCULATOR

    Valentin Stoica

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 2

    Modele de umbrire si reflexie Redareaobiectelortridimensionaleprinsuprafeecolorateuniformcreeazimagininerealisteidificildeinterpretat

    Deexemplu,dacseredimagineauneisfereaproximateprinpoligoanecolorndfeelevizibilecuaceeaiculoare,seobineundiscdeacceasiculoare(a) osferneluminataratlafelcaundiscbidimensional

    Aspectulnerealistaparedatoritfaptuluicpercepiaceleideatreiadimensiuniestemultinfluenatdemodulderedareailuminriiobiectelor

    Imagineaaceleiaisfereincareseineseamadeiluminareestemultmaisugestiv(b)

    (a) (b)

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 3

    Modele de umbrire si reflexie nlumeareal,atuncicndluminaprovenitdeladiferitesursedelumincadeasupraobiecteloropace,oparteesteabsorbitdeobiect,

    iaroparteestereflectat.Ochiulpercepeluminareflectatdeobiect,pentruainterpretaforma,culoareaialtedetaliialeobiectului

    Pentrucalcululiluminriingraficapecalculatortrebuiesfiedefinitesurseledeluminiinteraciuneadintreluminisuprafee Unmodeldeiluminaredefinetenaturaluminiiemisedeosursdelumin,

    adicdistribuiaintensitiiluminiiemise Unmodeldereflexiedescrieinteraciuneadintreluminiosuprafa,n

    funciedeproprietilesuprafeeiinaturasurseidelumin

    Modeleledeiluminareidereflexiengraficapecalculatorpermitredareaacceptabildinpunctdevederealpercepieiumaneaobiecteletridimensionaleproiectatenspaiulecranbidimensional

    Implementareaunuimodeldereflexienprocedeuldecalculareaintensitiiculoriifiecruipixelestecunoscutsubnumeledetehnicdeumbrire

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 4

    Reflexia luminii Luminaincidentlaosuprafaaunuiobiectestedistribuitn

    patrucategorii: luminarefectat luminaabsorbit luminatransmis luminamprtiatiemis

    A

    B

    Luminamprstiatsiemis

    Luminatransmis

    Reflexiedifuz

    Reflexiedirectionat(specular)

    Luminaincident

    Reflexieintern

    Luminaabsorbit

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 5

    Reflexia luminii ngraficapecalculatorseconsidernmodsimplificatc

    intensitateareflectatestecompusdintreicomponente: componentadereflexiedirecionat(specular) componentadereflexiedifuzdirecionat componentadereflexiedifuzideal

    Primeledoucomponentesedatoreazreflexieideprimordin,iarcomponentadereflexiedifuzidealsedatoreazreflexiilormultipleiareflexiilorsubsuprafeelor

    LReflexiedeprimordin L

    Reflexiemultipl

    Reflexiialesubsuprafetelor

    Orientarea medieasuprafetei

    Reflexiideprimordin,reflexiimultiplesireflexiialesubsuprafeelor

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 6

    Modelul de reflexie Phong Imiteficientmodulrealdereflexie,pnlaungradcareproduceopercepiedestuldebunaobiecteloriluminatei,deaceea,areolargutilizarengraficapecalculator

    Luminareflectatdeosuprafaestedefinitcafiindocombinaieliniaratreicomponente: reflexiadifuz reflexiaspecular reflexiaambiental

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 7

    Modelul de reflexie Phong Componentadereflexiedifuz

    corespundecomponenteidereflexiedifuzideale esteevaluatprinrelaia:

    Iiesteintensitatealuminiiincidente Lestevectorulunitatendreptatctresursadelumin Nestevectorulunitatenormallasuprafanpunctuldeinciden.Pentruo

    suprafaplan,unghiul esteconstant,decicomponentadereflexiedifuzesteconstant

    kdesteuncoeficientdereflexie(reflectan)empiric,caredepindedelungimeadeundaluminiiidenaturasuprafeei

    Datfiindcnreflexiadifuzluminaestereflectatntoatedireciile,aceastcomponentnudepindedepoziiadeobservare

    Dacexistmaimultesursedelumin,atunci:

    undeLnestevectorulunitatendireciaceleideanasursedelumin.

    coskI=)(kI=I didid NL

    =n

    n,idd )(IkI NLn

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 8

    Modelul de reflexie Phong Componentaspecularareflexiei

    depindedeunghiul ntredireciadeobservareVidireciadeoglindireR

    dacseconsiderRiVvectoriiunitateaiacestordirecii,atunci:

    undenesteunindicecaresimuleazrugozitateasuprafeei

    N

    L

    (a)

    N

    L

    R

    V

    (b)

    nsi

    nsis )(kI=coskI=I VR

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 9

    Modelul de reflexie Phong Componentaspecularareflexiei

    Pentruosuprafaoglindperfect,ntindectreinfinitiluminaestereflectatnumaindireciadeoglindireR,pentrucarecosn =1.Pentruvalorifinitealeindiceluin,segenereazunlobdereflexie,acruigrosimeesteofunciederugozitateasuprafeei

    L

    N

    R

    V

    (b)

    L

    N

    R

    V

    (a)

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 10

    Modelul de reflexie Phong Componentaspecularareflexiei

    EfectulreflexieispecularenmodelulPhongesteaceladeaproduceoiluminaremaiaccentuat(highlight),careestereflexiasurseideluminpeoarieasuprafeei,depinznddevaloarealuin.

    Culoarealuminiireflectatespecularpoatefidiferitdeculoarealuminiireflectatedifuz nmodelelecelemaisimpledereflexiespecular,se

    presupunecaceastcomponentareculoareasurseidelumin.

    Deexemplu:osuprafadeculoareverdeiluminatdeosursdeluminalbproduceocomponentdereflexiededifuziedeculoareverde,darpataluminoasdereflexiespecularareculoareaalb.

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 11

    Modelul de reflexie Phong Componentadeluminambiental

    SeadaugnmodelulPhongpentruasimulailuminareaglobalascenei.

    Permiteiluminareasuprafeelorcarenusuntvizibiledinsursadelumin,darsuntvizibiledinpunctuldeobservare.

    Frcomponentaambiental,suprafeelecarenusuntndreptatectreosursdeluminarfiredatecompletnegre,ceeacearcreaunefectnerealist.

    Aproximeaziluminareaindirectasuprafeelor,deexempludatoritreflexiilormultiplefadepereiiuneiincinte;acestereflexiisuntfoartedecomplicatdesimulat,astfelnctmodelulPhongleignoriadaugocomponentdeluminambientalconstantdatderelaia:

    aag kI=I

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 12

    Modelul de reflexie Phong Prinnsumareacomponentelordelumindifuz,speculariambiental,seobineiluminareatotalauneisuprafee:

    nmodelulRGBdereprezentareaculorilor,relaiasedescompunentreirelaii,pentrufiecarecomponent(rou,verde,albastru):

    ( ) ( )( )nsdiaa k+kI+kI=I VRNL

    ( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )nsbdbiabab

    nsgdgiagag

    nsrdriarar

    k+kI+kI=I

    k+kI+kI=I

    k+kI+kI=I

    VRNL

    VRNL

    VRNL

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 13

    Modelul de reflexie Phong nmodobinuitseconsidercomponentaspeculardeculoare

    alb(deciksr=ksg=ksb=ks),iarculoareasuprafeeiestecontrolatprincoeficieniidereflexiedifuz(kdr,kdg,kdb)iambiental(kar,kag,kab).RezultrelaiadecalculaculoriiuneisuprafeenmodelulPhong:

    ModelulPhongdereflexieesteunmodelfoartesimplificatalcomportriiobiecteloriluminate: nacestmodel,seconsidersurseledeluminpunctiforme,

    ignorndusedistribuiasurselorluminoaseisimulnduseuntermenglobaldeiluminareambiental

    Cutoateacestesimplificri,modelulPhongproduceimaginicuungradderealismcareestesuficientpentrumulteaplicaii

    ( ) ( )( )nsdiaa k+)b,g,r(kI+)b,g,r(kI=)b,g,r(I VRNL

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 14

    Modele de umbrire Aplicareadirectarelaiei

    pentrucalcululculoriifiecruipixelnecesituntimpdeexecuieextremderidicat,carenuesteacceptabilngraficainteractiv nsintezadeimaginesefolosescanumitemetodesimplificatedecalculalculoriifiecruipixel,numitetehnici(modele)deumbrire.

    Tehniciledeumbriredepinddemoduldereprezentareaobiectelor. Pentruobiectelemodelateprinreeadepoligoane,sefolosesc

    maimultemodeledeumbrire:umbrireaconstant(poligonal,flat),umbrireaGouraudiumbrireaPhong

    ( ) ( )( )( ) ( )( )( ) ( )( )nsbdbiabab

    nsgdgiagag

    nsrdriarar

    k+kI+kI=I

    k+kI+kI=I

    k+kI+kI=I

    VRNL

    VRNL

    VRNL

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 15

    Modele de umbrire constanta numbrireaconstantse

    admitecalcululuneisingureintensitiaculoriipentrufiecaresuprafapoligonal

    Acestmoddecalculesteposibildacseadmiteipotezasimplificatoarecattsurseledelumin,ctiobservatorulsuntlainfinit

    Umbrireaconstantproducediscontinuitideculoarelafrontieradintresuprafee

    CalcululumbririiconstantenseamnaplicareaformulelorPhongpentrufiecaresuprafavizibil,osingurdatpentrufiecarepoziieaobservatorului

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 16

    Modele de umbrire Guraud Pentrueliminareadiscontinuitilordecolorarecare

    aparnumbrireaconstant,Gouraudaintrodusometoddeumbrirecarecalculeazintensitateadeculoareapixelilorsuprafeelorprinmetodedeinterpolare,porninddelaintensitilenvrfurilepoligonului.

    MetodaincrementaldecalculalintensitiideculoareapixeliloresteasemntoaremetodeidecalculaladncimiipixelilorfolositnalgoritmulZbuffer.

    ngeneral,seapliccombinattransformareaderastru,eliminareasuprafeelorascunseiumbrireaGouraud,ntrunalgoritmdebaleierepeliniigeneralizat

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 17

    Modele de umbrire Guraud UmbrireaGouraudesteotehnicdeinterpolare

    biliniaraintensitiiculorii,foartesimplieconomic,careatenueazdiscontinuitiledelafrontierapoligoanelorprincareestereprezentatunobiecttridimensional,frseliminecompletaspectulpoligonalalobiectelor

    IntensitateadeculoaresecalculeaznvrfurilepoligoanelorprinaplicarearelaiilordecalculalreflexieinmodelulPhong.Normalantrunvrfalunuipoligonsecalculeazcamedieanormalelortuturorpoligoanelorcaresuntadiacentevrfului:

    NNmv

    i

    i

    m

    =

    =

    1

  • Grafica pe calculator UPB 2008-2009 18

    Modele de umbrire Guraud Normalelenvrfurilepoligoanelorsuntdefinitensistemuldereferinmodelielesunttransformatensistemuldereferin

    deobservareprinaplicareaaceloraitransformricareseaplicvrfurilor:transformareadeinstaniereitransformareadeobservare. nsistemuldereferindeobservaresecalculeazintensitilen

    vrfurilepoligoaneloriacestevalorisuntfolositepentruinter