Фонг жарықтандыру үлгісі

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе . . . 4

Жарық көздері. . . 5

1. 1. Нүкте . . . 5 1. 2. Қашықтағы көз . . . 5 1. 3. Прожектор . . . 5 1. 4. Қоршаған ортадағы жарық көздері . . . 5

Жарықтандырудың өзара әрекеттесуі. . . 6

2. 1. Диффузиялық . . . 6

2. 2. Сыртқы жарық . . . 6

2. 3. Айналымдық . . . 6

Жарықтандыру модельдері. . . 7

3. 1. Объектіге бағытталған жарықтандыру . . . 7

3. 2. Фонг жарықтандыру үлгісі . . . 7

3. 3. Blinn - Phong жарықтандыру үлгісі . . . 7

3. 4. Жаһандық жарықтандыру . . . 8

3. 5. Сәулелік бақылау . . . 8

Практикалық бөлім. . . 12

Қорытынды . . . 14

Пайдаланылған әдебиеттер . . . 15

Кіріспе

Жарықтандыру дегеніміз - бұл компьютерлік графика көріністерінде жарықты модельдеу үшін қолданылатын әдістер жиынтығы болып табылады . Жарықтандыру әдістері егжей-тегжейлі деңгейге және қол жетімді мүмкіндіктерге қатысты икемділікті ұсынады, сонымен қатар жарықтандыру есептеу талаптары мен күрделілігінің әртүрлі деңгейлерінде жұмыс жасайды . Графикада сурет салу үшін әр қосымшаның қажеттіліктеріне сәйкес көптеген жарық көздерін, модельдерді, көлеңкелеу әдістерін және эффектілерді таңдай алады. Қазіргі заманғы құралдар қолданушыға технологияға емес, мазмұнын түсінуге мүмкіндік береді. Компьютерлік графикадағы жарықтандыруға келетін болсақ, бүгінгі күні физикалық дәл жарықтандыру эффектілерінің барлық түрлерін модельдеуде үлкен прогресс бар, және де көріністерді жарықтандыруға арналған құралдар айтарлықтай жетілдірілген болып табылады.

Сондай - ақ, біз компьютердің көмегімен жасалған суреттерді үлкен қызығушылықпен көре аламыз. Компьютерлік графикамен жұмыс істейтін суретшінің міндеті - бұл нақты әлемнің қазынасын компьютерлік кескіндердің стерильді әлеміне көшіруге тырысу деп ойлаймын. Жарықтандырудың ғылыми модельіне компьютердің жарықты қалай ойнайтындығы және оның модель материалдарымен әрекеттесуі туралы толық түсінік ала аламыз . Бұл ақпарат кескін жасауға болатын бағдарламалық жасақтама пайдаланушыларына арналған болып табылады. Ұқсас принциптерді байланысты салаларда табуға және оларды жаңа ортада қолдануға тырысу қисынды болады. Осындай бағыттардың ішінде ойын киносы, бірдей фотосурет, тіпті кескіндеме және иллюстрация деп атауға болады.

Кинематография мен фотографияда, компьютерлік графикада қолданылатын нақты жарықтың өте күрделі және нәзік табиғаты-бұл жай ғана баяу, өрескел жуықтау болып табылады. Көптеген жарық жағдайларын бірнеше жарық көздерін пайдалану арқылы компьютерлік графикада сәтті ойнатуға болады. Жарықтандыру бұл жарық көздерінің санына қарағанда сапамен көбірек жұмыс. Бізде жарық көздерінің санын басқарудың шексіз мүмкіндіктері бар. Бұл өте қарапайым. Бірақ қосымша көздерді қосу әрдайым көрінісін жақсарта бермейді. Жарық көздерінің тым көп болуы көбінесе көрсету уақытының едәуір артуына әкеледі және жарықтандыру жүйесін қиындатады, сондықтан оны басқару өте қиын болады. Жалпы алғанда, қарапайым, бірақ дұрыс жарықтандыру схемасы қандай зат жарықтандырылғанына қарамастан, теңдестірілген көріністі қамтамасыз ете алады.

1. Жарық көздері

1. 1. Нүкте

Нүктелік көздер барлық бағытта бір нүктеден жарық шығарады, ал қашықтықта жарықтың қарқындылығы төмендейді. Нүктелік көздің мысалы - автономды шам.

1. 2. Қашықтағы көз

Бағытталған көз (немесе қашықтағы көз) көріністі бір бағытта біркелкі жарықтандырады. Нүктелік көзден бірден - бір айырмашылығы, бағытталған көзден пайда болатын жарықтың қарқындылығы қашықтыққа байланысты өзгермейтін болады, өйткені бағытталған көз сахнадан өте алыс орналасқан. Бағытталған көздің мысалы-күн сәулесі.

1. 3. Прожектор

Прожектор бағытталған жарық конусын жасайды . Жарық жарықтың көзіне және де жарық конусының ортасына жақындайтын болады. Прожектордың мысалы-шам. (Сурет . 1)

File:Real-time Raymarched Terrain.png

(Сурет . 1 ) Рельефті жарықтандыратын бағытталған жарық көзі.

1. 4. Қоршаған ортадағы жарық көздері

Сыртқы жарық көздері объектілерді басқа жарық көзі болмаған кезде де жарықтандыра бастайды. Қоршаған ортадағы жарықтың күштілігі бағытқа, қашықтыққа және басқа нысандарға тәуелсіз, яғни әсер бүкіл көріністе толығымен бірыңғай болып саналады. Бұл көз нысандардың толығымен қараңғыда да көрінеді.

2. Жарықтандырудың өзара әрекеттесуі

Компьютерлік графикада жарық негізі бірнеше құрамдас бөліктерден тұрады. Жарықтың объектіге әсері объектінің құрамдас бөліктермен өзара әрекеттесуінің комбинациясы арқылы анықталып жатады. Жарықтандырудың үш негізгі бөлігі (және одан кейінгі әрекеттесуі түрлері ) диффузиялық, қоршаған орта және спекулярлық болады .

2. 1. Диффузиялық жарықтандыру

Диффузиялық жарықтандыру (немесе диффузиялық шағылысу) - жарықтың шашырау бетімен әрекеттесетін біркелкі жарық мөлшерімен объектіні тікелей жарықтандыру болып табылады. Жарық объектіге түскеннен кейін ол объект бетінің қасиеттеріне, солай түскен сәуленің бұрышына байланысты шағылыса бастайды. Сонымен қатар бұл өзара әрекеттесу объектінің жарықтығына үлкен үлес қосады немесе оның түсінің негізін құрайды. (Сурет . 2)

File:Phong components revised.png

( Сурет . 2) Жарықтың өзара әрекеттесуінің ыдырауы.

2. 2. Сыртқы жарық

Сыртқы жарықтың негізгі бағыты болмағаннан, ол барлық жерде бірыңғай әрекеттеседі және оның қарқындылығы сыртқы жарық көздерінің күшімен және заттардың бетіндегі материалдардың қасиеттерімен, атап айтқанда олардың сыртқы шағылысуымен анықталып жатады.

2. 3. Айналымдық

Айналымдық жарықтықтандыру құрамдас бөлігі нысандарды жарқыратады. Бұл спекулярлық әсерлерден ерекшеленеді, өйткені бұл шағылыстарда қоршаған ортадағы басқа нысандар көрінбей қалып жатады. Оның орнына жарықтандыру айнадай жарықтандыру құрамдас бөлігінің, интенсивтілігіне және беттің айнымалы шағылыстыруына негізделген объектілерде жарқын дақтарды жасап жатыр.

3. Жарықтандыру модельдері

Жарықтандыру үлгілері жарықтандыру әсерлерін бейнелеуде жасау үшін пайдаланылады, жарық физикасы негізінде жарық шамамен анықталған орта. Жарықтандыру үлгілері болмайтын жағдайда, табиғи жарық әсерлерін көрсету компьютерлік графикаға қарағанда көбірек өңдеу қуатын қажет етеді. Бұл жарықтандыру немесе жарықтандыру моделі әрбір пикселдің түсін немесе сахнадағы әртүрлі беттерден шағылысқан жарық мөлшерін есептеуге арналған болып табылады.

Жарықтандырудың екі негізгі моделі бар: объектіге бағытталған жарықтандыру және ғаламдық жарықтандыру. Олар нысанға бағытталған жарықтандырудың әрбір нысанды жеке қарастыруымен ерекшеленеді, ал жаһандық жарықтандыру нысандар арасындағы жарықтың жеке әрекеттесуін көрсетеді. Қазіргі уақытта зерттеушілер жарықтың қоршаған ортамен қалай әрекетесетінін дәлірек көрсету үшін жаһандық жарықтандыру әдістерін әзірлеп жатыр.

3. 1. Объектіге бағытталған жарықтандыру

Нысанға негізделген жарықтандыру, сонымен қатар, нүктелік жарықтандыру деп аталады, бір жарық көзін бір объектіге салыстыру арқылы анықталады. Бұл әдіс тез есептеледі, бірақ көбінесе жарықтың сахнада қалай әрекет ететіні туралы толық емес мәлімет беріп жатады.

Көбінесе бұл белгілі бір объектіден түсетін спекулярлық, диффузиялық және сыртқы жарық комбинациясын қосу арқылы жуықталады. Жергілікті жарықтандырудың екі басым моделі -Фонг және Blinn-Phong жарықтандыру үлгілері деп саналады.

3. 2. Фонг жарықтандыру үлгісі

Ең көп таралған көлеңкелеу үлгілерінің бірі - Фонг үлгісі. Фонг моделі әрбір пиксельдің интенсивтілігі диффузиялық, спекулярлық және сыртқы жарықтандыруға байланысты қарқындылықтың қосындысы деп аталады. Бұл модель объектіден секіріп түсетін жарықтың бұрышын пайдалана отырып, жарықты анықтау үшін көрушінің орнын ескереді. Косинус алдынғы бұрышы және конструктор көрсеткен қуатқа дейін көтеріледі.

Сондай - ақ, дизайнер объектіні қанша жарықтандыруды қалайтынын шеше алады; осыған байланысты қуат жылтырлық мәні деп аталады. Жылтырлық мәні беттің кедір - бұдырымен анықталады, мұнда айна шексіз болуы мүмкін, ал ең өрескел бет тірлік болуы мүмкін.

3. 3. Blinn - Phong жарықтандыру үлгісі

Blinn - Phong жарықтандыру моделі Фонг моделіне ұқсас, сондай - ақ ол спекулярлық шағылыстырады, сәулеленуіне негізделген объектіні жарықтандырады. Blinn - Phong моделі Фонг жарықтандыру моделінен ерекшеленеді, себебі Blinn - Phong моделі объектінің бетіне қалыпты және жарық көзі мен бақылаушы арасындағы жарты жолда орналасқан векторды

пайдаланады. Бұл модель дәл жарықтандыруды алу және есептеу уақытын

қысқарту үшін қолданылады. Бұл процесс аз уақытты алады, себебі шағылған жарық векторының бағытын анықтау үшін қалыпты вектордың жарты жолын

есептеуге қарағанда күрделірек болып табылады . . . Бұл модель Фонг үлгісіне ұқсағанымен, ол әртүрлі нәтижелер береді және ұқсас айналық шағылыстыруды алу үшін спекулярлық немесе жылтырлық қатынасын өзгерту қажет болады.

3. 4. Жаһандық жарықтандыру

Жаһандық жарықтандыру жергілікті жарықтандырудан ерекшеленеді, өйткені ол бүкіл көрініс арқылы өтетін жарықты есептейді. Бұл жарықтандыру негізінен физика мен оптикаға негізделген, мұнда жарық сәулелері бүкіл көріністе шашыраңқы, шағылысатын және шексіз шағылысқан. Жаһандық жарықтандыру бойынша әлі де белсенді зерттеулер бар, себебі, ол жергілікті жарықтандыруға қарағанда көбірек өңдеу қуатын қажет етіп жатады.

3. 5. Сәулелік бақылау

Жарық көздері жұтылу, шағылу немесе сыну арқылы әртүрлі беттермен әрекеттесетін сәулелер шығарады. Барлық шамдар сәуле шығаратын болса, модельдеуге болады, одан кейін олардың әрқайсысының көріністегі барлық нысандармен қалай әрекеттесетінін есептеуге болады. Дегенмен, бұл процесс тиімсіз, өйткені жарық сәулелерінің көпшілігі бақылаушыға жетпейді және өңдеу уақытын босқа өткізеді.

Сәулелік бақылау бұл мәселені процесті кері қайтару арқылы шешеді, оның орнына бақылаушыдан көру сызықтарын жіберіп, жарық көзіне жеткенше олардың өзара әрекеттесуін есептейді. (Сурет . 3)

File:Ray-traced steel balls.jpg

(Сурет . 3) Сәулелерді бақылау арқылы бейнеленген сурет.

Жылы көпбұрыштар 3D моделі дүкен көлеңкелек процесі үшін қажетті геометриялық шамалар. Бұл ақпарат шыңдар мен қалыпты беттің позициялық мәндерін қамтып жатыр, бірақ текстуралық карталар мен соққылар сияқты қосымша деректерді қамтиды.

Тегіс көлеңкелеу - бұл көпбұрышқа жарық пен түсті біркелкі қолданатын қарапайым көлеңкелеу үлгісі. Бір төбенің түсі мен нормасы бүкіл

көпбұрыштың көлеңкесін есептеу үшін пайдаланылады. Тегіс көлеңкелеу қымбат емес, себебі әр көпбұрыш үшін жарықтандыруды бір рендер үшін бір рет есептеу керек.

File:Flatshading00.png

(Сурет . 4) Тегіс көлеңке мысалы

Гуро көлеңкесі - интерполяцияланған көлеңкелеу түрі, себебі әрбір көпбұрыштың ішіндегі мәндер оның шыңдарының мәндерінің қоспасы болады. Әрбір төбеге өзінің нормалы беріледі, ол қоршаған көпбұрыштардың беттік нормалдарының орташа мәні болады. Содан кейін сол шыңдағы жарықтандыру және көлеңкелеу орташа қалыпты және таңдалған жарықтандыру үлгісін пайдаланып есептеледі. Бұл процесс 3D моделінің барлық шыңдары үшін қайталанады. Содан кейін шыңдар арасындағы интерполяция арқылы есептеледі. Соңында, көпбұрыштың ішіндегі көлеңке қоршаған шеттердің мәндерін интерполяциялау арқылы есептеледі. Гуро көлеңкесі 3D үлгісінің бетінде тегіс жарық әсерін жасайды. (Сурет . 5)

File:Gouraudshading01.png

(Сурет . 5) Гуро көлеңкесінің мысалы

Фонг көлеңкесі - Gouraud көлеңкесіне ұқсас, төбе мәндерін көлеңкелі полигондарға араластыратын интерполяциялық көлеңкелеудің басқа түрі

екеуінің негізгі айырмашылығы - Фонг көлеңкесі оның көлеңкесін есептемес

бұрын бүкіл көпбұрыш бойынша шыңның қалыпты мәндерін интерполяциялайды. Фонг көлеңкесі көпбұрыш ішіндегі кесіндінің қалыпты мәнін есептегеннен кейін, ол сол кесінді көлеңкелеу арқылы жарықтандыру үлгісін қолданады. Бұл процесс 3D үлгісіндегі әрбәр көпбұрыш толтырылғанша қайталана береді. (Сурет . 6)

File:Phongshading00.png

(Сурет . 6) Фонг көлеңкесінің мысалы

Кауст - бұл орта арқылы өтетін шағылған және сынған жарықтың жарық әсері деп аталады. Олар шоғырланған жарық жолақтары ретінде пайда болады және су немесе шыны денелерге қараған кезде жиі көрінеді. Каустиканы 3D форматында күйдіргіш текстураны зардап щеккен нысандардың текстуралық картасына салу арқылы жүзеге асыра аламыз.

Каустикалық текстура каустикалық әсерлерді имитациялау үшін анимацияланған статикалық кескін немесе бос кескіндегі нақты уақыттағы каустикалық есептеу болуы әбден мүмкін. Соңғысы күрделірек және 3D көрсету ортасы арқылы қозғалатын фотондарды имитациялау үшін кері сәулені бақылауды қажет етіп жатады. (Сурет . 7)

File:Miroir-cercle.jpg

(Сурет . 7) Каустиканы көрсететін шағылыстырғыш материал

Рефлекциялық карталау (ортаны карталау деп те аталады) - сәулелік бақылауды қолданбай, шағылысатын әсерді жасау үшін қоршаған ортаның

карталарын пайдаланатын әдіс болып табылады . Шағылысатын объектілердің пайда болуы көрушілердің, объектілердің және қоршаған ортаның салыстырмалы орындарына байланысты болғандықтан, графикалық алгоритмдер осы элементтерге негізделген объектілерді бояу жолын анықтау үшін шағылысуын жасайды.

Бөлшектік жүйелері, қозғалатын сұйықтықтар, жарылыстар және қозғалатын шаштар сияқты өте күрделі хаотикалық оқиғаларды имитациялау

үшін шағын бөлшектердің жиынын пайдаланады. Күрделі анимацияны құрайтын бөлшектер әрбір бөлшекке жылдамдық және түс сияқты қасиеттерін беретін эмитент арқылы таралады.

Уақыт өте келе бұл бөлшектер әсерге байланысты қозғалуы, түсін өзгертуі немесе басқа қасиеттерін өзгертуі мүмкін болып табылады. Әдетте бөлшектік жүйелері кездейсоқтықты қамтиды, мысалы, әсерді шынайы және біркелкі емес ету үшін эмитент әрбір бөлшекке беретін бастапқы қасиеттерде болады.

4. Практикалық бөлім