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Informatica Grafica a.a. 2010-2011 DICGIM – University of Palermo Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica Illuminamento.

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Presentazione sul tema: "Informatica Grafica a.a. 2010-2011 DICGIM – University of Palermo Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica Illuminamento."— Transcript della presentazione:

1 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Dipartimento di Ingegneria Chimica, Gestionale, Informatica e Meccanica Illuminamento e Shading Prof. Roberto Pirrone 8giugno 2011

2 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Sommario Generalità Modello di illuminamento di Phong Luce ambientale Coefficiente di attenuazione Attenuazione atmosferica Riflessione diffusa Riflessione speculare Modelli di illuminatori al finito Shading Flat shading Gouraud shading Phong shading 8giugno 2011

3 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Generalità Lilluminamento è quel processo che simula la riflessione sulla superficie degli oggetti della luce proveniente da una distribuzione di sorgenti luminose nello spazio. Le sorgenti luminose possono essere puntiformi (lampade, sole) o di dimensioni finite (fari, spot, plafoniere) a distanza finita dagli oggetti, ovvero allinfinito. 8giugno 2011

4 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Generalità I raggi luminosi che povengono dalle sorgenti luminose: subiscono riflessioni multiple tra gli oggetti possono essere in parte assorbiti incontrano superfici trasparenti che li trasmettono, filtrandoli. Nasce la necessità di modellare matematicamente il processo di riflessione della luce. A questo modello matematico si darà il nome di equazione di illuminamento. 8giugno 2011

5 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Luce ambientale Si partirà con il caso acromatico. La luce ambientale è la luce ottenuta dalla continua inter-riflessione dei raggi luminosi tra le superfici: non si può più individuare una direzione di provenienza. I a è lintensità di luce ambientale e k a il coefficiente di riflessione da parte della superficie delloggetto. 8giugno 2011

6 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Riflessione diffusa (lambertiana) Sorgente puntiforme ed allinfinito. Per una sorgente al finito L cambia da punto a punto della superficie. Riflessione dipendente solo dallorientamento locale della superficie rispetto alla direzione di illuminazione. 8giugno 2011

7 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Effetto della luce ambiente sullo shading 8giugno 2011 Esempio di riflessione puramente diffusa al crescere del coefficiente di riflessione Lesempio precedente con laggiunta di un ammontare di illuminazione ambientale, al crescere del coefficiente di riflessione ambientale

8 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Attenuazione con la distanza dalla sorgente Lenergia radiante da una sorgente luminosa puntiforme decresce con una legge inversamente proporzionale alla distanza dalla sorgente stessa. Al crescere della distanza la potenza radiante si distribuisce su sfere di raggio crescente, quindi la potenza per unità di area decresce. Ciò si può modellare con un fattore di attenuazione che modula lintensità luminosa della sorgente. 8giugno 2011

9 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Effetto dellattenuazione con la distanza 8giugno 2011 Esempio di illuminazione ambientale e diffusa, con fattore di attenuazione crescente; prima riga: f=1/d2; seconda riga: f=1/( d+0.5 d2); terza riga: f=1/d.

10 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Estensione al caso cromatico Si dovrà tenere in considerazione una sorgente luminosa I p ={I p }, =R, G, B. Anche la superficie sarà fatta di un materiale con un suo comportamento di riflessione diffusa diverso per i tre canali: O d ={O d }, =R, G, B. Tali coefficienti moduleranno lintensità luminosa, canale per canale. 8giugno 2011

11 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Attenuazione atmosferica (nebbia) Il colore delloggetto si mescola con un colore di sfondo (la nebbia o lo sfondo della scena) con un coefficiente di peso s 0. Il coefficiente di peso varia tra due estremi in maniera lineare con la profondità. Si possono pensare leggi di variazione esponenziali. 8giugno 2011

12 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Riflessione speculare La riflessione speculare perfetta è quella addensa la luce riflessa nella direzione del vettore R, simmetrico di L rispetto alla normale N. Essa dipende dalla direzione di osservazione V e viene rapresentata utilizzando il modello di Phong. 8giugno 2011

13 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Riflessione speculare 8giugno 2011 Andamento del coefficiente di spot rispetto allangolo tre R e V

14 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Riflessione speculare 8giugno 2011 Calcolo diretto di R: la proiezione di L lungo N è N|L|cos = Ncos

15 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Esempio di riflessione speculare 8giugno 2011 Esempi di riflessione speculare; per ogni riga, da sinistra a destra n=3.0, 5.0, 10.0, 27.0, 200.0; per ogni colonna, dallalto in basso k s =0.1, 0.25, 0.5

16 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Diagrammi di radiazione Il modello di Phong è stato modificato da Warn per tener conto delle sorgenti luminose che non irradiano uniformemente in tutte le direzioni. In questo modello si assume di illuminare la scena a partire da una sorgente di intensità I L che si riflette su uno specchio formando un angolo con la direzione dellilluminante L. 8giugno 2011

17 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Modelli di illuminatori al finito 8giugno 2011

18 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Estensioni del modello di Warn Il modello di Warn inserisce anche la possibilità di definire delle limitazioni in estensione della zona illuminata, ovvero dei coni di luce. 8giugno 2011

19 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Shading Il processo di shading consiste nella definizione del colore di ogni singolo pixel appartenente ad un poligono che approssima una superficie. La scelta avviene sulla base del modello di illuminamento e del tipo di materiale prescelto per la superficie stessa. 8giugno 2011

20 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Tipi di shading Il problema si riconduce al calcolo dellilluminamento in maniera più o meno accurata, in dipendenza dalla conoscenza o meno delle normali locali alla superficie. Si hanno tre algoritmi principali: Flat shading Shading di Gouraud Shading di Phong 8giugno 2011

21 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Flat Shading Nel flat shading ogni poligono viene approssimato tenendo conto di un unica normale per tutti i suoi punti. Questa viene ricavata dall equazione del piano che contiene il poligono. 8giugno 2011

22 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Gouraud Shading Nel Gouraud shading, l intensità luminosa di ogni pixel del poligono viene approssimata bilinearmente a partire dal calcolo esatto fatto in ogni vertice. Quando non si conosce la normale in un vertice si utilizza la media delle normali ai poligoni che lo condividono. 8giugno 2011

23 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Gouraud Shading 8giugno 2011

24 Informatica Grafica a.a DICGIM – University of Palermo Phong Shading Nello shading di Phong, note le normali ai vertici, queste vengono interpolate bilinearmente su tutto il poligono e da ogni normale si calcola il valore di illuminamento. Consente di ottenere performance migliori per la riproduzione della riflessione speculare, ma è molto più oneroso dal punto di vista computazionale. 8giugno 2011


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