Competencia 4
UNIDAD 4. ILUMINACION Y SOMBREADO
Es una región de oscuridad donde la luz es obstaculizada. Una sombra ocupa todo el espacio detrás de un objeto opaco con una fuente de luz frente a él. La sección eficaz de una sombra es una silueta bidimensional una proyección invertida del objeto que aspira la luz.
Existen grados intermedios de sombra y luz entre las superficies completamente iluminadas y la completa oscuridad: la penumbra.
ILUMINACION.........
La iluminancia o nivel de iluminación se define como el flujo luminoso que incide sobre una superficie. Su unidad de medida es el Lux.
4.1 Relleno De Polígonos.
Polígono es una figura básica dentro de las representaciones y tratamiento de imágenes bidimensionales y su utilización es muy interesante para modelar objetos del mundo real.
En un sentido amplio, se define como una región del espacio delimitada por un conjunto de líneas (aristas) y cuyo interior puede estar rellenado por un color o patrón dado.
Luego sigue el relleno de polígonos convexos de N-lados.
Relleno de polígonos cóncavos.
SCAN-LINE
INUNDACIÓN
FUERZA BRUTA
PATRÓN
SCAN-LINE.
Fila a fila van trazando lineas de color entre aristas.
para scan-line que cruce el polígono se busca en la intersección entre las líneas de barrido y las aristas del polígono.
Dichas intersecciones se ordenan y se rellenan a pares.
LINEA DE BARRIDO....
Es valido para polígonos cóncavos como convexos. Incluso para si el objeto tiene huecos interiores.
Funcionan en el trozo de líneas horizontales, denominadas lineas de barridos, que intersectan un numero de veces, permitiendo a partir de ella identificar los puntos que se consideran interiores al polígono.
INUNDACIÓN...
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 píxeles vecinos a los ya pintados, viendo si son frontera o no.
No solo sirven para polígonos, sino para cualquier área curva 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 del polígono.
Con polígonos simétricos basta con que hagamos un solo barrido en una sección y replicar los demás pixeles.
Requiere aritmética punto-flotante, esto lo hace preciso y costoso.
RELLENO MEDIANTE UN PATRÓN....
Un patrón viene definido por el área rectangular en el que cada punto tiene determinado color o nivel de gris. Este patrón debe repetirse de modo periódico dentro de la región a rellenar. Para ello debemos establecer una relación entre los puntos del patrón y los pixeles de la figura. En definitiva debemos determinar la situación inicial del patrón respecto a la figura de tal forma que podamos establecer una correspondencia entre los pixeles interiores al polígono y los puntos del patrón.
ALTERNATIVAS PARA LA SITUACIÓN INICIAL DEL PATRÓN....
Consiste en situar el punto asociado a la esquina superior izquierda del patrón en un vértice del polígono.
Considerar la región a rellenar en toda la pantalla y por lo tanto el patrón se citua en el origen de esta (esquina superior izquierda).
4.1.2 COLOR HOMOGENEO
Concepto de homogéneo
La palabra homogéneo procede del griego ὁμογενής, de dónde fue tomada por el bajo latín como “homogenĕus”, integrada por “homos” que designa lo que es igual o muy similar a otra cosa, y por “genos” que referencia un género o linaje; usada en ese sentido entre los griegos, pero que en el latín comienza a extenderse su aplicación, para designar tal como hoy la entendemos, a cualquier mezcla uniforme o a toda estructura física o ideal que presente características similares.
Entendemos por modelo de iluminación el cálculo de la intensidad de cada punto de la escena.
En el cálculo de la intensidad de un punto intervienen:
El tipo e intensidad de la fuente de luz
El material del objeto
La orientación del objeto con respecto a la luz
El modelo más utilizado es el modelo de Phong.
Si un rayo de luz entra al ojo directamente de la fuente, se verá el color de la fuente.
Si un rayo de luz pega en una superficie que es visible al observador, el color visto se basará en la interacción entre la fuente y el material de la superficie: se verá el color de la luz reflejado de la superficie a los ojos.
En término de gráfica por computadora, se reemplaza el observador por el plano de proyección, como se ve en la siguiente figura:
El recorte del plano de proyección y su mapeo a la pantalla significa un número 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, después de pasar por el rectángulo de recorte.
Cuando la luz da en una superficie, parte se absorbe, y parte se refleja.
Superficies Difusas
Superficies difusas perfectas
Superficies translucidas
FUENTES DE LUZ......
La luz puede dejar una superficie mediante dos procesos fundamentales:
Emisión propia
Reflexión
Normalmente se piensa en una fuente de luz como un objeto que emite luz solo mediante fuentes de energía 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 ILUMINACIÓN PHONG....
Es un modelo empírico simplificado para iluminar puntos de una escena
Los resultados son muy buenos en la mayoría de las escenas
En este modelo, los objetos no emiten luz, sólo 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 según se mueve de punto a punto.
1.El vector n es la normal en p.
2.El vector v tiene dirección de p al observador o COP.
3.El vector l tiene dirección de una línea 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 dirección de un rayo perfectamente reflejado de l. La dirección de r está 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 iluminación 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 términos difusos.
La tercera fila contiene los términos especulares. (Aún no se ha aplicado ninguna atenuación por la distancia.)
Si se emplea solo reflexiones ambiente y difusas, las imágenes serán sombreadas y aparecerán tridimensionales, pero todas las superficies se verán sin vida. Lo que hace falta son la reflexión de secciones más brillantes en los objetos. Esto ocasiona un color diferente del color del ambiente reflejado y luz difusa. Una esfera roja, bajo luz blanca, tendrá un resplandecer blanco que es la reflexión de parte de la luz de la fuente en la dirección del observador.
Mientras que una superficie difusa es rugosa, una superficie especular es suave. Mientras mas lisa se la superficie, mas se parece a un espejo, como se ve en la siguiente figura.
Según la superficie se hace mas lisa, la luz reflejada se concentra en un rango mas pequeño de ángulos, centrado alrededor del ángulo de un reflector perfecto: un espejo o una superficie especular perfecta. Modelar superficies especulares realísticas puede ser complejo, ya que el patrón por el cual se esparce no es simétrico, dependiendo de el largo de onda de la luz incidente y cambia con el ángulo de reflexión
Phong propuso un modelo aproximado que puede computarse con solo un pequeño incremento en el trabajo para superficies difusas. El modelo agrega un término para reflexión especular. Se considera la superficie como rugosa para el término difuso u lisa para el término especular. La cantidad de luz que el observador ve depende del ángulo ø entre r, la dirección de un reflector perfecto, y v, la dirección del observador. El modelo de Phong usa la ecuación:
Is= ks Ls cosα φ 0 ≤ ks ≤ 1
El 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 proyección. Estas transformaciones pueden afectar los términos de coseno en el modelo.
INTENSIDAD 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 diseños, texturas o sombras de superficie, el sombreado constante genera un a representación 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 pequeños.
La siguiente figura muestra un objeto modelado con sombreado constante.
Con este método, la intensidad se calcula en un punto interior de cada plano y toda la superficie se sombrea con la intensidad calculada. cuando la orientación entre planos adyacentes cambia en forma abrupta, la diferencia en intensidades de superficie puede producir un efectos áspero o irreal. podemos alisar las discontinuidades de intensidad sobre cada superficie de acuerdo con algún esquema de interpolación.
SOMBREADO DE GOURAUD...
Este esquema de interpolación de intensidad, creado por gouraud, elimina discontinuidades en intensidades entre planos adyacentes de la representación de 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 método los valores de la intensidad a lo largo de cada línea de rastreo que atraviesan una superficie se interpolan a partir de las intensidades en los puntos de intersección de con la superficie.
La siguiente figura demuestra este esquema de interpolación.
Este proceso se repite con cada línea que pasa por el polígono. en este método de interpolación primero deben aproximarse las normales a la superficie en cada vértice de un polígono. esto se logra promediando las normales a la superficie para cada polígono que contiene el punto de vértice, como se muestra en la siguiente figura. estos vectores normales de los vértices se utilizan entonces en el modelo de sombreado para generar los valores de intensidad de los vértices.
Un ejemplo de un objeto de sombreado con el método de Gouraud.
El sombreado de phong primero interpola los vectores normales en los puntos limite de una línea 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 línea de rastreo y calculando después la intensidad mediante el uso del vector normal aproximado en ese punto.
COMO USAR LA ILUMINACION Y SOMBREADO CON PCONPLANER
pCon.planner es una aplicación profesional, fácil de utilizar en la planificación de espacios, configuración y creación de presupuestos utilizada por los fabricantes líderes en mobiliario de oficina y del hogar y por distribuidores de todo el mundo. La versión gratuita es una versión de la aplicación que permite trabajar sin limitaciones de tiempo, así como también abrir y guardar archivos.
Industrias.
pCon.planner es utilizado actualmente en muchas industrias. Cuando necesite configurar, visualizar, presupuestar y comunicar propuestas y conceptos pCon.planner puede agregar inmenso valor.
Sombreado e iluminación con PconPlaner...
ILUMINACION.
El uso correcto de los recursos de luz, junto con las innumerables opciones de renderizado, permite la creación de imágenes atractivas. Podrá observar todos los recursos de iluminación disponibles activando la capa „Mostrar Iluminación“, que estará activada por defecto.
Predeterminada. Cuando cargue un dibujo pCon.planner aplica fuentes de iluminación predeterminada. Esto apunta a garantizar una iluminación básica de su proyecto. La iluminación por defecto consiste en tres luces direccionales en las direcciones X, Y y Z.
Foco. Proyecta un cono de luz en su proyecto.
La aplicación de una luz de foco es versátil.
Direccional. Proyecta un rayo de luz paralela en su proyecto. Aplica luz consistente a toda la planificación.
Punto de luz. Emite una luz en un ángulo de 360° desde la fuente de luz en todas las direcciones.
Principalmente se utiliza para iluminar determinados objetos.
INTERPOLADO
Sombreado interpolado.
En lugar de evaluar la ecuación de iluminación para cada pixel, esta se interpola linealmente sobre un triángulo a partir de los valores determinados para sus vértices. Se puede generalizar para otro tipo de polígonos.
A su vez, en lugar de realizar la interpolación para cada píxel, se puede hallar una ecuación de diferencia.
Esta interpolación no evita la apariencia facetada. Según el objeto a modelar, esto es positivo o no.
Sombreado de malla poligonal.
Una superficie curva se puede aproximar a otra facetada (malla poligonal) no se logran buenos resultados en la interpolación, aunque se trabaje con una densidad alta de polígonos.
Sombreado de malla poligonal.
Los problemas en la visualización de una superficie curva a través de una aproximación facetada, tienen su origen en el efecto de banda de mach.
Esquema de las intensidades reales y las percibidas.
Sombreado de Gouraud.
Este esquema de interpolación de intensidad, creado por gouraud, elimina discontinuidades en intensidades entre planos adyacentes de la representación de 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 método los valores de la intensidad a lo largo de cada línea de rastreo que atraviesan una superficie se interpolan a partir de las intensidades en los puntos de intersección de con la superficie.
Sombreado de Phong.
En lugar de interpolar la intensidad del vértice (gouraud), se interpola y normaliza la normal a los vértices.
Si se utiliza sombreado de phong con n alto, la diferencia entre phong y gouraud puede llegar a ser notable. Normalizar un vector es costoso, y aplicar un modelo de iluminación a cada pixel también puede serlo.
Algoritmo de trazo de rayas.
Puesto que podría generarse un número infinito de puntos de intensidad sobre las diversas superficies de una escena, un buen método para determinar las intensidades especulares en posiciones visibles de la superficie consiste en trazar rayas hacia atrás desde la posición de visión hasta la fuente de luz. Comenzando desde la posición de visión, la raya que atraviesa cada pixel en el plano de visión se traza hacia atrás a una superficie de la escena tridimensional. Esta técnica, 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 reflexión 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 después en forma individual hacia su fuente.
Después que 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 técnicas de trazo de rayas.
Superficies fractales.
Para determinar niveles de intensidad para los diversos puntos de la superficie de un objeto fractal se necesita algún método para determinar las normales a la superficie. Un método para realizar esto consiste en representar a un fractal como un número de planos pequeños con un conjunto de normales a la superficie para cada plano.
Fronteras de superficies con anti seudónimos.
Las líneas y las aristas de polígonos pueden aliarse con técnicas de anti seudónimos que ajustan posiciones de pixeles o bien fija las intensidades de los pixeles de acuerdo con el porcentaje de área-pixel cubierta en cada punto. Pueden aplicarse métodos de anti seudónimos semejantes para alisar las fronteras de una escena que contiene un conjunto de superficies.
CONCLUSION......
Es una región de oscuridad donde la luz es obstaculizada. Una sombra ocupa todo el espacio detrás de un objeto opaco con una fuente de luz frente a él. La sección eficaz de una sombra es una silueta bidimensional una proyección invertida del objeto que aspira la luz.
Existen grados intermedios de sombra y luz entre las superficies completamente iluminadas y la completa oscuridad: la penumbra.
La iluminancia o nivel de iluminación se define como el flujo luminoso que incide sobre una superficie. Su unidad de medida es el Lux.
Comentarios
Publicar un comentario