1 Modelli di Illuminazione Daniele Marini

2 Obiettivo Visualizzare scene cercando di simulare al meglio la realtà Interazione luce-materiali –Modellare le sorgenti di luce –Modellare lapparenza visiva dei materiali –Calcolare linterazione

3 Distinguiamo tra modelli di illuminazione globali e locali I modelli locali trattano linterazione luce materiali localmente, senza considerare il contributo di luce prodotto dallambiente I modelli globali tengono conto dellintero ambiente. I modelli locali sono in generale dipendenti dal punto di vista, quelli globali sono view independent

4 I modelli di illuminazione locali considerano: sorgenti di luce puntiforme allinfinito o a distanza finita illuminazione ambiente costante riflessione diffusiva o speculare approssimata sorgenti di luce estese approssimate sorgenti di luce direzionali I modelli globali tengono conto anche di caratteristiche fotometriche e radiometriche delle sorgenti: composizione spettrale della luce emessa energia e geometria della emissione forma del corpo illuminante luce ambiente modellata

5 Interazione luce-superfici

6 Riflessione da superfici a) speculare b) diffusiva c) trasparente

7 Sorgenti di Luce sorgente estesa (lampadina): Funzione di illuminazione I(x,y,z, u, f, l) il contributo totale sulla superficie si ottiene integrando nello spazio

8 Sorgenti di luce sorgenti colorate descritte con tre componenti di luminanza (vettore): I=[I r, I g, I b ] Luce ambiente, idem: I a =[I ar, I ag, I ab ] in generale lenergia che giunge da una sorgente a un punto è inversamente proporzionale al quadrato della distanza

9 sorgente puntiformesorgente estesa e penombra

10 spot light Sorgenti direzionali

11 Sorgenti allinfinito chiamate distant light sources la posizione si dà in coordinate omogenee per sorgenti a distanza finita: p s =[x, y, z, 1] per sorgenti allinfinito: p s =[x, y, z, 0]

12 Modelli locali Lambert Componente luce ambiente Riflessione imperfetta Riflessione speculare Sorgenti di luce Trasparenza

13 La geometria dei modelli locali N normale alla sup. in P V direzione da P a COP L direzione da P a sorgente di luce (se estesa è un punto su essa R direzione di riflessione calcolata da N e L

14 Riflessione nei modelli locali La riflessione è di tre tipi. Dato: N normale alla superficie, L direzione luce incidente, R direzione luce riflessa: riflessione speculare perfetta L.N = R.N e la luce viene riflessa lungo ununica direzione riflessione speculare imperfetta: la luce riflessa allinterno di un angolo solido con intensità massima nella direzione R, e decrescente a 0 al limite dellangolo solido (bagliori, highlight) riflessione diffusiva: costante in tutte le direzioni, ma funzione di L.N

15 Riflessione di Lambert (diffusiva)

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17 Luce ambiente più sorgenti una sorgente

18 Modello di Phong (1973) I i intensità luce incidente n coefficiente di lucentezza (shininess)

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21 k s crescente n cresc.

22 Estensioni del modello di Phong per semplificare il calcolo di R si usa H=(L+V)/2, leq diventa: per il colore si trattano le 3 equazioni separatamente per R,G e B si possono trattare sorgenti di luce non puntiformi (direzionali) e a distanza r (luci di Warn): con angolo solido di emissione

23 Il calcolo di R si può calcolare come: R = 2(N.L)N - L N L -L 2(N.L)N 2(N.L)N - L (N.L)N

24 Un metodo alternativo usando il semi angolo, si calcola il semivettore normalizzato H tra L e V H=(L+V)/||L+V|| è langolo tra N e H; H èla normale al punto quando la sorgente è opposta a V: qui la riflessione è massima. Quindi N.H si comporta come langolo : è una approssimazione. Ma langolo decresce più rapidamente, quindi si usa un eseponente più piccolo

25 Il metodo del semiangolo è il metodo adottato in Ogl e in Direct3D. occorre ricordare che quando langolo è maggiore di /2 non cè riflessione

26 Luci di Warn

27 con luce ambiente senza luce ambiente

28 Il modello completo il termine k att tiene conto dellattenuazione con la: 1/(a+bd+cd 2 )

29 Limiti del modello Il modello simula oggetti di plastica, ceramica o simili: Strato esterno - riflessione speculare Strato interno - riflessione diffusiva