Cieniowanie Phonga

Z Wikipedii

Oświetlenie Phonga i cieniowanie Phonga nie odnoszą się do tego samego pojęcia, choć często są mylone. W tym artykule znajduje się wyjaśnienie obu terminów.

Spis treści 1 Oświetlenie Phonga 1.1 Przykład 2 Cieniowanie Phonga 3 Bibliografia 4 Zobacz też

[edytuj] Oświetlenie Phonga

Oświetlenia Phonga - model oświetlenia stosowany w grafice komputerowej służący do modelowania odbić zwierciadlanych od nieidealnych obiektów, został opracowany przez Phong Bui-Tuonga w roku 1975. Model ten nie ma podstaw fizycznych, ale dobrze przybliża charakterystykę powierzchni dla których został stworzony.

Model ten przyjmuje, że powierzchnia obiektu jest pokryta bardzo cienką przezroczystą warstwą, na której zachodzi odbicie zwierciadlane, tzn. światło nie zmienia swojej barwy, natomiast na powierzchni znajdującej się pod tą warstwą następuję odbicie rozproszone, które zabarwia światło na kolor przypisany do obiektu. W świecie rzeczywistym takimi właściwościami cechują się np. błyszczące plastiki czy powierzchnie pomalowane bezbarwnym lakierem.

Przyjmuje się, że maksymalne odbicie zwierciadlane zachodzi, gdy kąt pomiędzy promieniem odbitym, a kierunkiem do obserwatora jest równy zero. Gdy kąt ten jest większy od zera, wówczas odbicie zwierciadlane bardzo szybko słabnie, co jest aproksymowane współczynnikiem cosⁿα, gdzie n jest większe od 0 i zazwyczaj przyjmuje wartości kilka-kilkaset.

Na natężenie światła docierające do obserwatora składają się:

1. Natężenie światła odbijanego zwierciadlanie (ang. specular) wyznaczane z zależności , gdzie I_r jest natężeniem światła odbitego i w najprostszym przypadku jest ono równe natężeniu światła padającego I_i. Jednak może również zależeć od kąta β i wówczas wzór przyjmuje postać .
2. Natężenie światła rozproszonego (ang. diffuse) jest obliczane na podstawie modelu Lamberta: , gdzie I_i to natężenie światła padającego.
3. Natężenie światła otoczenia (ang. ambient), które jest stałe i równe I_a.

Każdy z czynników może zostać jeszcze przemnożony przez współczynniki z przedziału [0,1], kolejno k_s, k_d, k_a. Służą one do procentowego ustalenia wpływu składowych na wynikowe natężenie, a poszczególne wartości zależą wyłącznie od tego jaki efekt finalny jest wymagany.

Ostatecznie natężenie światła w modelu Phonga wyraża się wzorem:

Gdy wektory , , i są znormalizowane (mają długość równą jeden), wówczas w równaniu można użyć wygodniejszych iloczynów skalarnych:

Jeśli występuje tłumienie atmosferyczne, tzn. natężenie światła maleje wraz z odległością od obserwatora, wówczas tłumieniu podlegają czynniki k_dI_d + k_sI_s.

[edytuj] Przykład

Dla wszystkich kul k_a = 0, k_d = 0.5, natomiast n wynosi (kolejno, od lewego górnego rogu): 1, 5, 10, 20, 50, 100.

[edytuj] Cieniowanie Phonga

Cieniowanie Phonga (cieniowanie z interpolacją wektora normalnego) to technika cieniowania wielokątów, w której interpolowany jest wektor normalny do powierzchni. Dla każdego przetwarzanego piksela jest wyznaczany wektor normalny, a następnie stosuje się jakiś model oświetlenia (np. oświetlenie Phonga, Lamberta, Blinna lub inne) w celu określenia koloru piksela.

Na rysunku obok został pokazany przykład cieniowania trójkąta, dla którego dane są normalne , i . Przed rasteryzacją pikseli w wierszu y (y jest podany we współrzędnych ekranu) obliczane są normalne i . Następnie, dla każdego piksela w wierszu wyznaczana jest normalna .

[edytuj] Bibliografia

• James D Foley, Andries van Dam, Steven K Freiner, John F Hughes, Richard L Phillips: Wprowadzenie do grafiki komputerowej. Jan Zabrodzki (tłumaczenie). Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1995. ISBN 83-204-1840-2. 

[edytuj] Zobacz też

• cieniowanie płaskie
• cieniowanie Gourauda
• grafika komputerowa