NIDAD 4 ILUMINACION Y SOMBREADO

UNIDAD 4 ILUMINACION Y SOMBREADO

Para obtener imgenes realistas se aplican efectos de iluminacin sobre las superficies visibles. Esto se simula utilizando los modelos de iluminacin y sombreado.

4.1 RELLENO DEPOLGONOSPolgonoes una figurabsica dentro de las representaciones y tratamiento deimgenesbidimensionales y suutilizacines muy interesante para modelar objetos del mundo real.En un sentido amplio, se define como unaregindel espacio delimitada por un conjunto de lneas (aristas) y cuyo interior puede estar rellenado por un color opatrndado.CASOS DE RELLENOSEGNSU COMPLEJIDAD El caso ms sencillo de relleno es el triangulo. Luego sigue el relleno depolgonosconvexos de N-lados. Relleno depolgonoscncavos.

MTODO DE RELLENO DEPOLGONOSCON COLOR

SCAN-LINE INUNDACIN FUERZA BRUTA PATRN

SCAN-LINE Fila a fila van trazando lneas de color entre aristas. para san-line que cruce elpolgonose busca en lainterseccinentre las lneas de barrido y las aristas delpolgono. Dichas intersecciones se ordenan y se rellenan a pares.

LINEA DE BARRIDO

Es vlido parapolgonoscncavoscomo convexos. Incluso para s el objeto tiene huecos interiores. Funcionan en el trozo de lneas horizontales, denominadas lneas de barridos, que intersecan un nmero de veces, permitiendo a partir de ellaidentificarlos puntos que se consideran interiores alpolgono.

INUNDACIN

Empieza en un interior y pinta hasta encontrar la frontera del objeto. Partimos de un punto inicial (x,y), un colo de relleno y un color de frontera. El algoritmo va testeando los pxeles vecinos a los ya pintados, viendo si son frontera o no. No solo sirven parapolgonos, sino para cualquierreacurva para cualquier imagen AE se usan los programas de dibujo.

FUERZA BRUTA Calcula una caja contenedora del objeto. Hace un barrido interno de la caja para comprobar c/pixel este dentro delpolgono. Conpolgonossimtricosbasta con que hagamos un solo barrido en unasecciny replicar losdemspixeles. Requierearitmticapunto-flotante, esto lo hace preciso y costoso.

RELLENO MEDIANTE UN PATRN

Unpatrnviene definido por elrearectangular en el que cada punto tiene determinado color o novel de gris. Estepatrndebe repetirse de modoperidicodentro de laregina rellenar. Para ello debemos establecer unarelacin entre los puntos delpatrny los pixeles de la figura. En definitiva debemos determinar lasituacininicial delpatrnrespecto a la figura de tal forma que podamos establecer una correspondencia entre los pixeles interiores alpolgonoy los puntos delpatrn.

ALTERNATIVAS PARA LASITUACININICIAL DEL PATRNConsiste en situar el punto asociado a la esquina superior izquierda delpatrnen unvrticedelpolgono.1. Considerar laregina rellenar en toda la pantalla y por lo tanto elpatrnse citua en el origen de esta (esquina superior izquierda).

EJEMPLO DE SCAN-LINE Encontrar las intersecciones de los scanlines en elpolgono. Almacenar las intersecciones en alguna estructura de datos ET (edge table), de manera ordenaascendienteen Y y en X en buckets. Rellenar los spans usando la estructura. Usaralgncriterio de paridad para saber cuando un intervalo debe ser rellenado o no.

4.2 MODELOS BSICOS DE ILUMINACION.Entendemos por modelo de iluminacin el clculo de la intensidad de cada punto de la escena. En el clculo de la intensidad de un punto intervienen: El tipo e intensidad de la fuente de luz El material del objeto La orientacin del objeto con respecto a la luz El modelo ms utilizado es el modelo de Phong.

PROCESO DE ILUMINACIN....

Si un rayo de luz entra al ojo directamente de la fuente, se ver el color de la fuente.Si un rayo de luz pega en una superficie que es visible al observador, el color visto se basar en la interaccin entre la fuente y el material de la superficie: se ver el color de la luz reflejado de la superficie a los ojos. En trmino de grfica por computadora, se reemplaza el observador por el plano de proyeccin, como se ve en la siguiente figura:El recorte del plano de proyeccin y su mapeo a la pantalla significa un nmero particular de pixeles de despliegue.El color de la fuente de luz y las superficies determina el color de uno o mas pixeles en el frame buffer.Se debe considerar solo aquellos rayos que dejan las fuentes y llegan al ojo del observador, el COP, despus de pasar por el rectngulo de recorte.Cuando la luz da en una superficie, parte se absorbe, y parte se refleja.

INTERACCIONES ENTRE LUZ Y MATERIALES.Superficies especulares Superficies Difusas Superficies difusas perfectas Superficies translucidas

FUENTES DE LUZ.La luz puede dejar una superficie mediante dos procesos fundamentales:Emisin propia,ReflexinNormalmente se piensa en una fuente de luz como un objeto que emite luz solo mediante fuentes de energa internas, sin embargo, una fuente de luz, como un foco, puede reflejar alguna luz incidente a esta del ambiente.Si se considera una fuente como en la siguiente figura, se le puede ver como un objeto con una superficie.

MODELO DE ILUMINACIN PHONG.Es un modelo emprico simplificado para iluminar puntos de una escena Los resultados son muy buenos en la mayora de las escenas En este modelo, los objetos no emiten luz, slo reflejan la luz que les llega de las fuentes de luz o reflejada de otros objetos El modelo usa cuatro vectores para calcular el color para un punto arbitrario p sobre la superficie. Si la superficie es curva, los cuatro vectores pueden cambiar segn se mueve de punto a punto.

1. El vector n es la normal en p. 2. El vector v tiene direccin de p al observador o COP. 3. El vector l tiene direccin de una lnea de p a un punto arbitrario sobre la superficie para una fuente de luz distribuida, o una fuente de luz de punto. 4. El vector r tiene la direccin de un rayo perfectamente reflejado de l. La direccin de r est determinada por n y l.

El modelo Phong apoya los tres tipos de interacciones material-luz: ambiente, difusa y especular. Si se tiene un conjunto de fuentes puntos, con componentes independientes para cada uno de los tres colores primarios para cada uno de los tres tipos de interacciones material- luz; entonces, se puede describir la matriz de iluminacin para una fuente de luz i para cada punto p sobre una superficie, mediante:

La primera fila contiene las intensidades ambiente para rojo, verde y azul para la fuente i.La segunda fila contiene los trminos difusos.La tercera fila contiene los trminos especulares. (An no se ha aplicado ninguna atenuacin por la distancia.)Si se emplea solo reflexin ambiente y difusa, las imgenes sern sombreadas y aparecern tridimensionales, pero todas las superficies se vern sin vida. Lo que hace falta son la reflexin de secciones ms brillantes en los objetos. Esto ocasiona un color diferente del color del ambiente reflejado y luz difusa. Una esfera roja, bajo luz blanca, tendr un resplandecer blanco que es la reflexin de parte de la luz de la fuente en la direccin del observador.Mientras que una superficie difusa es rugosa, una superficie especular es suave. Mientras ms lisa se la superficie, ms se parece a un espejo, como se ve en la siguiente figura.

Segn la superficie se hace ms lisa, la luz reflejada se concentra en un rango mas pequeo de ngulos, centrado alrededor del ngulo de un reflector perfecto: un espejo o una superficie especular perfecta. Modelar superficies especulares realsticas puede ser complejo, ya que el patrn por el cual se esparce no es simtrico, dependiendo del largo de onda de la luz incidente y cambia con el ngulo de reflexin

Phong propuso un modelo aproximado que puede computarse con solo un pequeo incremento en el trabajo para superficies difusas. El modelo agrega un trmino para reflexin especular. Se considera la superficie como rugosa para el trmino difuso u lisa para el trmino especular. La cantidad de luz que el observador ve depende del ngulo entre r, la direccin de un reflector perfecto, y v, la direccin del observador. El modelo de Phong usa la ecuacin:Is= ks Ls cos 0 ks 1El modelo de Phong se ha hecho en espacio de objetos. El sombreado, sin embargo, no se hace hasta que los objetos hayan pasado por las transformaciones modelo-vista y proyeccin. Estas transformaciones pueden afectar los trminos de coseno en el modelo.

4.3 TCNICAS DE SOMBREADOINTENSIDAD CONSTANTE EN CIERTAS CONDICIONES, UN OBJETO CON SUPERFICIES PLANAS PUEDE SOMBREARSE EN FORMA REALISTA UTILIZANDO INTENSIDADES DE SUPERFICIE CONSTANTES. EN EL CASO DONDE UNA SUPERFICIE SE EXPONE SOLAMENTE A LA LUZ AMBIENTE Y NO SE APLICAN DISEOS, TEXTURAS O SOMBRAS DE SUPERFICIE, EL SOMBREADO CONSTANTE GENERA UN A REPRESENTACIN EXACTA DE LA SUPERFICIE. UNA SUPERFICIE CURVA QUE SE REPRESENTA COMO UN CONJUNTO DE SUPERFICIES PLANAS PUEDE SOMBREARSE CON INTENSIDADES DE SUPERFICIE CONSTANTE, SI LOS PLANOS SE SUBDIVIDEN LA SUPERFICIE SE HACE LO SUFICIENTEMENTE PEQUEOS.

La siguiente figura muestra un objeto modelado con sombreado constante.

Con este mtodo, la intensidad se calcula en un punto interior de cada plano y toda la superficie se sombrea con la intensidad calculada. Cuando la orientacin entre planos adyacentes cambia en forma abrupta, la diferencia en intensidades de superficie puede producir unos efectos speros o irreales. Podemos alisar las discontinuidades de intensidad sobre cada superficie de acuerdo conalgnesquema de interpolacin.

SOMBREADO DE GOURAUD Este esquema de interpolacin de intensidad, creado por Gouraud, elimina discontinuidades en intensidades entre planos adyacentes de larepresentacinde una superficie variando en forma lineal la intensidad sobre cada plano de manera que lo valores de la intensidad concuerden en las fronteras del plano. En este mtodo los valores de la intensidad a lo largo de cada lnea de rastreo que atraviesan una superficie se interpolan a partir de las intensidades en los puntos deinterseccinde con la superficie. La siguiente figura demuestra este esquema de interpolacin.

Este proceso se repite con cada lnea que pasa por el polgono. En este mtodo deinterpolacin primero deben aproximarse las normales a la superficie en cada vrtice de un polgono. Esto se logra promediando las normales a la superficie para cada polgono que contiene el punto de vrtice, como se muestra en la siguiente figura. Estos vectores normales de los vrtices se utilizan entonces en el modelo de sombreado para generar los valores de intensidad de los vrtices.

SOMBREADO DE PHONG Este mtodo creado por phong bui tuong tambin se conoce como esquema de interpolacin de vector normal despliega toques de luz ms reales sobre la superficie y reduce considerablemente el efecto de la banda de mach.

Aprecia la franja obscura que aparece justo a la derecha del gradiente, y la franja blanca que aparece justo a la izquierda de ste.

EL SOMBREADO DE PHONG PRIMERO INTERPOLA LOS VECTORES NORMALES EN LOS PUNTOS LIMITE DE UNA LNEA DE RASTREO. PUEDE HACERSE MEJORAS A LOS MODELOS DE SOMBREADO DE GOURAUD DETERMINANDO LA NORMAL APROXIMADA A LA SUPERFICIE EN CADA PUNTO A LO LARGO DE UNA LNEA DE RASTREO Y CALCULANDO DESPUS LA INTENSIDAD MEDIANTE EL USO DEL VECTOR NORMAL APROXIMADO EN ESE PUNTO.

ALGORITMO DE TRAZO DE RAYAS Puesto que podra generarse un nmero infinito de puntos de intensidad sobre las diversas superficies de una escena, un buen mtodo para determinar las intensidades especulares en posiciones visibles de la superficie consiste en trazar rayas hacia atrs desde la posicin de visin hasta la fuente de luz. Comenzando desde la posicin de visin, la raya que atraviesa cada pixel en el plano de visin se traza hacia atrs a una superficie de la escena tridimensional. Esta tcnica, conocida como trazo de rayas, se ilustra en la siguiente figura.

Cuando se encuentran objetos transparentes en el proceso del trazo de rayas, las contribuciones de intensidad de la reflexin especular se toman en cuenta. En una superficie transparente, la raya se divide en los dos componentes que se muestran en la siguiente figura. Cada raya se traza despus en forma individual hacia su fuente.

Despusque se ha procesado una raya para determinar todas las contribuciones de intensidad especular, se fija la intensidad del pixel correspondiente. La figura siguiente muestra dos vistas de una escena generada con tcnicas de trazo de rayas.

SUPERFICIES FRACTALES Para determinar niveles de intensidad para los diversos puntos de la superficie de un objeto fractal se necesita algn mtodo para determinar las normales a la superficie. Un mtodo para realizar esto consiste en representar a un fractal como un nmero de planos pequeos con un conjunto de normales a la superficie para cada plano.

FRONTERAS DE SUPERFICIES CON ANTI SEUDNIMOS Las lneas y las aristas de polgonos pueden aliarse con tcnicas de anti seudnimos que ajustan posiciones de pixeles o bien fija las intensidades de los pixeles de acuerdo con el porcentaje de rea-pixel cubierta en cada punto. Pueden aplicarse mtodos de anti seudnimos semejantes para alisar las fronteras de una escena que contiene un conjunto de superficies.

ConclusinEn la unidad 4 se demuestra que existen tantas formas de realizar una simple figura con iluminacin y sombra , un proceso tan complejo y tan fcil segn muchos que no sabemos que en realidad todos los pasos son tan esenciales y complejos.BIBLIOGRAFIAhttp://e-md.upc.edu/diposit/material/24099/24099.pdfhttp://informatica.uv.es/iiguia/AIG/web_teoria/tema3.pdfhttp://www.azrodin.com/2009/09/generacion-de-sombras-con-stencil-buffer/http://cannes.itam.mx/Alfredo/Espaniol/Cursos/Grafica/Sombreado.pdfhttp://sabia.tic.udc.es/gc/Contenidos%20adicionales/trabajos/3D/modelosIlumionacion/introduccion_intensidad_completa.htmlBIBLIOGRAFA:GRAFICACIN POR COMPUTADORA.AUTOR: DONALD HERAN / M. PAULINE BAKER