Изобретение виртуального освещения
Как же хорошо посидеть в тени в жаркий летний день, когда стоит духота и палящий зной, ярко светит солнце, а на небе ни облачка. Но причём тут тень и графика, спросите вы? Очень часто всё что скрыто - всегда лежит либо на виду, либо на поверхности или даже в самой тени. Вот в 3D-графике с полигональными поверхностями, чтобы увидеть то чего не видно, нужна особая тень и раскраска, позволяющая сделать изображение более естественным и реалистичным.
Ну как получить на экране правильное освещение и тени? Нужны не просто знания графики, математики, геометрии, оптической физики для понимания как все связано с светом, но и большой "опыт - сын ошибок трудных" в изучении компьютерной графики.
Университет штата Юты в США - это то место откуда берут все важные технологии в графики и рождаются таланты. Одним из таких талантов стал студент этого учебного заведения Буй Туонг Фонг (англ. Bui Tuong Phong, 1942-1975гг.), открывший в 1973 году простой и весьма эффективный способ получить тень и раскраску для виртуального трехмерного объекта, превратив его из простого изображения в фотореалистичное.
Теория Фонга относительно проста. Окончательное освещение объекта - это сумма окружающего освещения и всего рассеянного и зеркального освещения, вызванного всеми источниками света. Окружающее освещение и рассеянное освещение обычно применяются глобально, а зеркальное - для нематовых объектов.
- ks - постоянная зеркального отражения, коэффициент отражения зеркального компонента падающего света,
- kd - постоянная диффузного отражения, коэффициент отражения диффузного компонента падающего света (коэффициент отражения Ламберта),
- ka - постоянная окружающего отражения, коэффициент отражения окружающего компонента, присутствующего во всех точках визуализированной сцены,
- α - константа блеска, которая больше для более гладких и зеркальных поверхностей. Когда эта константа велика, зеркальное отражение мало.
- Lm - вектор направления от точки на поверхности к каждому источнику света,
- N - нормаль в этой точке на поверхности,
- Rm - направление отраженного луча света в этой точке поверхности,
- V - направление, указывающее на зрителя (например, на виртуальную камеру).
Rm, который является отраженным лучом, необходим для зеркального эффекта. Он рассчитывается с использованием вектора входящего луча, вектора нормали к поверхности и вектора направления взгляда с использованием точечного произведения.
Об улучшении качества синтезированных изображений Фонг писал: «Мы не ожидаем, что сможем отобразить объект точно так, как он выглядел бы в действительности, с текстурой, затененными тенями и т. д. Мы надеемся отобразить только изображение, которое приближается к реальному объекту достаточно близко, чтобы обеспечить определенную степень реализма».
Буй Фонг в настоящее время считается единственным изобретателем "Модели отражения Фонга" и "Метода затенения по Фонгу" - алгоритмов, широко используемых в трехмерной компьютерной графике.
Фонг опубликовал описание этих алгоритмов в своей докторской диссертации 1973 года и научной статье 1975 года. В том же 1975 году к большому сожалению Фонг умер от лейкемии в конечной стадии. Его наработки до сих пор живут и применяются в компьютерной графике, но уже в более совершенном виде, как "Модель отражения Блинна – Фонга" - доработанную экспертом НАСА Джимом Блинном и используемую в конвейере фиксированных функций OpenGL и Direct3D (до Direct3D 10 и OpenGL 3.1).
Друзья, если вам понравилась статья, поставьте палец в верх!
И на канал подпишитесь.
---------------------------------------------------------------------------------------
Совет! Посмотрите все статьи канала GRAFICOMP
предыдущая статья Часть 17.