Методы тонирования поверхностей

 

Располагая средствами вычисления векторов нормали, можно при заданном расположении источников света и наблюдателя применить рассмотренные модели ко всем точкам поверхностей объектов сцены. Использование полигональной модели для тонирования поверхностей объектов сцены существенно уменьшает объем вычислений. Каждый многоугольник в такой сети - плоский, и вычислить компоненты вектора нормали к нему не представляет особого труда. Рассмотрим три метода закрашивания многоугольников: плоское, закрашивание по методу Гуро, и закрашивание по методу Фонга [21, 24].

Плоское закрашивание. Если поверхность плоская, то вектор нормали n остается постоянным для всех точек этой поверхности. Для реализации алгоритма закрашивания нужно вместо расположения источника задавать направление на источник. Если вектор нормали постоянен для всех точек многоугольника, то все необходимые вычисления для его закрашивания можно выполнить только один раз и применить результаты ко всем точкам этого многоугольника.

Этот метод получил название плоского закрашивания. На изображении, сформированном алгоритмом плоского закрашивания, четко видна разница в оттенках цвета отдельных многоугольников сети.

Рис.10.4. Плоское закрашивание

 

Закрашивание по методу Гуро. Метод Гуро основывается на идее закрашивания каждой плоской грани не одним цветом, а плавно изменяющимися оттенками, вычисляемыми путем интерполяции цветов примыкающих граней. Закрашивание граней по методу Гуро осуществляется в четыре этапа.

Шаг 1. Вычисляются нормали к каждой грани.

Шаг 2. Определяются нормали в вершинах. Нормаль в вершине определяется усреднением нормалей примыкающих граней (рис. 10.5).

.

Шаг 3. На основе нормалей в вершинах вычисляются значения интенсивности в вершинах согласно выбранной модели отражения света.

Шаг 4. Закрашиваются полигоны граней цветом, соответствующим линейной интерполяции значений интенсивности в вершинах.

Рис. 10.5. Закрашивание по методу Гуро

Закрашивание по методу Фонга. Метод Фонга аналогичен методу Гуро, но при его использовании для определения цвета в каждой точке интерполируются не интенсивности отраженного света, а векторы нормалей (рис. 10.6).

Закрашивание граней по методу Фонга осуществляется в четыре этапа.

Шаг 1. Определяются нормали к граням.

Шаг 2. По нормалям к граням определяются нормали в вершинах.

Шаг 3. В каждой точке закрашиваемой грани определяется интерполированный вектор нормали.

Шаг 4. По направлению векторов нормали определяется цвет точек грани в соответствии с выбранной моделью отражения света.

Метод Фонга сложнее метода Гуро. Для каждой точки (пиксела) поверхности необходимо выполнять намного больше вычислительных операций. Тем не менее он дает значительно лучшие результаты, в особенности при имитации зеркальных поверхностей. В результате в настоящее время метод Фонга используется только в тех системах, где не требуется формировать изображение в реальном масштабе времени.

 

Рис.10.6. Интерполирование нормалей при закрашивании по методу Фонга

 

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите основные источники света, используемые в компьютерной графике.

2. Назовите основные модели отражения света. В чем их различие?

3. На чем основан метод Гуро?

4. Почему закрашивание по методу Фонга не используется в системах реального времени?