36. Построение реалистических изображений. Физические и психологические факторы. Простая модель освещения. - p1xelse/CG GitHub Wiki

Построение реалистических изображений

При построении реалистического изображения необходимо:

  1. Учитывать оптические свойства поверхностей

  2. Воспроизводить рисунок на поверхности

  3. Воспроизводить неровности

  4. Учитывать, что поверхности отбрасывают тени.

  5. Учитывать восприятие окружающего мира человеческим глазом.

Физические и психологические факторы, учитываемые при создании реалистичных изображений (найс вопрос).

Включает как физические, так и психологические процессы.

Свет, т.е. электромагнитная энергия, после взаимодействия с окр. средой попадает в глаз, где в результате физических и химических реакций вырабатываются электроимпульсы, воспринимаемые мозгом.

Из опытов известно, что чувствительность глаза к яркости света изменяется по логарифмическому закону. Пределы чувствительности к яркости чрезвычайно широки, порядка 10¹⁰, однако глаз не в состоянии одновременно воспринять весь этот диапазон. Глаз реагирует на гораздо меньший диапазон значений относительно яркости, распределённый вокруг уровня адаптации к освещённости. Чувствительность к относительной яркости имеет порядок 100-150. Скорость адаптации к яркости неодинакова для различных частей сетчатки, но тем не менее очень высока. Экстремумы диапазона относительной яркости воспринимаются соответственно как чёрный и белый.

Глаз приспосабливается к "средней" яркости обозреваемой сцены; поэтому область с постоянной яркостью (интенсивностью) на тёмном фоне кажется ярче или светлее, чем на светлом фоне. Это явление наз-ся одновременным контрастом.

Ещё одним свойством глаза, имеющим значение для машинной графики, является то, что границы областей постоянной интенсивности кажутся более яркими, в результате чего области с постоянной интенсивностью воспринимаются, как имеющие переменную интенсивность. Это явление называется эффектом полос Маха. Эффект полос Маха наблюдается, когда резко изменяется наклон кривой интенсивности. Если кривая интенсивности вогнута, то в этом месте поверхность кажется светлее, если выпукла - темнее.

Простая модель освещения - теория из шпор предшественников

Отражённый от объекта свет может быть диффузным и зеркальным.

Диффузное отражение света

Происходит, когда свет как бы проникает под поверхность объекта, поглощается, а затем вновь испускается. Диффузно отражённый свет рассеивается равномерно по всем направлениям, значит, положение наблюдателя не имеет значения.

- интенсивность отражённого света; - интенсивность точечного источника; - коэффициент диффузного отражения ; - угол между направлением света и нормалью к поверхности. зависит от материала и длины волны света, но в простых моделях освещения считается постоянным.

На объекты реальных сцен падает ещё и рассеянный свет:

- интенсивность рассеянного света; - коэффициент диффузного отражения рассеянного света Опытным путём: d - расстояние от центра проекции до объекта; K - любая константа.

Интенсивность зеркального отражения

Зависит от угла падения; свойств вещества. Зеркальное отражение света является направленным. Угол отражения от идеальной отражающей поверхности (зеркала) равен углу падения, в любом другом положении наблюдатель не видит зеркально отражённый свет. Это означает, что alpha = 0 и S = R (S - вектор наблюдателя, R - вектор отражения).

Благодаря зеркальному отражению на блестящих предметах появляются блики. У гладких поверхностей распределение зеркального отражённого света узкое или сфокусированное, у шероховатых - более широкое.

В простых моделях освещения пользуются формулой:

- интенсивность отражённого зеркального света; - кривая отражения, представляющая отношение зеркально отражённого света к падающему, как функцию угла падения и длины ; n - степень, аппроксимирующая пространственное распределение зеркально отражённого света. - сложная функция => заменяется константой

Функция закраски, применяется для расчёта интенсивности или тона точек объекта или пикселов изображения

- для многих источников

Итого, в простой модели освещения суммируются следующие величины интенсивности:

  • диффузное отражение рассеянного света
  • диффузное отражение источников света
  • зеркальное отражение источников света