ILUMINACION Y SOMBREADO
4.1
RELLENO DE POLIGONOS
Consiste
básicamente en llenar la parte interna de algún polígono mediante colores o
texturas entre loss diferentes casos que podemos encontrar están: el caso más
sencillo de relleno es el triángulo, luego sigue el relleno
de polígonos convexos de N lados, y
por último el relleno de polígonos cóncavos.
Esto se
puede llevar acabo mediante distintas técnicas tales como:
Scan Line
Aquí Fila a
fila se van trazando líneas de color entre aristas donde el cruce en el polígono se busca en
la intersección entre las lineas de barrido y las aristas
del polígono y dichas intersecciones se ordenan y se rellenan a pares.
Línea de Barrido
Es válido
para polígonos cóncavos como convexos. Incluso para si el objeto
tiene huecos interiores, funcionan en el trozo de líneas horizontales,
denominadas líneas de barridos, que intersectan un número 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 color 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, se usan los programas de
dibujo.
Fuerza Bruta
Calcula una caja contenedora del objeto,
hace un barrido interno de la caja para comprobar que cada 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 novel 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.
4.2
MODELOS BASICOS DE ILUMINACION
Modelo De Phong
Este modelo esta basado en trazados de rayos permiten imágenes
más brillantes y realistas en determinados campos de aplicación. Otros
conceptos como la energía radiante de los cuerpos permiten abordar el
problema bajo ópticas muy diferentes que aportan nuevas características a las
imágenes. La exploración de algunos conceptos básicos puede darnos una visión
diferente de la acción que producen las fuentes de luz sobre un objeto de la
escena. La idea de qué es un brillo o por qué se produce una sombra permiten ir
introduciendo el modelo matemático básico sin esfuerzo. Iremos profundizando en
cada uno de estos artículos siempre desde las ideas más simples, nuestro
objetivo es entender o hacernos una idea aproximada de cómo se determina cada
cálculo en los modelos más elementales.
Reflexión Ambiente
En este modelo la intensidad de la luz
ambiente La es la misma sobre cada punto de la superficie. Parte de la luz es
absorbida y parte es reflejada. La cantidad reflejada está dada por el
coeficiente de reflexión de ambiente ka, Ra = ka. Como sólo se refleja una
fracción positiva de luz, se debe tener 0 ≤ ka ≤ 1 y por lo tanto Ia = ka La. Aquí,
La puede ser cualquiera de las fuentes de luz individuales, o puede el término
ambiente global. Una superficie tiene tres coeficientes ambiente, kar, kag y
kab, que pueden ser distintas. Por ejemplo, una esfera se vería amarilla bajo
luz ambiente blanca si su coeficiente ambiente azul es pequeño y sus
coeficientes rojo y verde son grandes.
Reflexión Difusa
Un reflector difuso perfecto esparce la
luz que refleja de manera igual en todas las direcciones, viéndose igual para todos
los observadores. Sin embargo, la cantidad de luz reflejada depende del material,
dado que parte de la luz es absorbida, y de la posición de la fuente de luz
relativa a la superficie. Los rayos de luz que pegan en la superficie con
ángulos levemente diferentes se reflejarían en ángulos marcadamente diferentes.
Superficies difusas perfectas son tan rugosas que no hay un ángulo preferido de
reflexión. Tales superficies son a veces conocidas como superficies
Lambercianas, pudiéndose modelar matemáticamente por la ley de Lambert.
4.3
TECNICAS DE SOMBREADO
Sombreado Poligonal
Asumiendo que se puede computar
vectores normales, dado un conjunto de fuentes de luz y un observador, los modelos
de luz e iluminación desarrollados pueden aplicarse a cada punto de una
superficie. Lamentablemente, aunque se tenga ecuaciones sencillas para
determinarlos vectores normales, como en el ejemplo de la esfera, la cantidad de
computaciones requeridas puede ser muy grande. Se han visto muchas de las
ventajas de usar modelos poligonales para los objetos. Una ventaja adicional, para polígonos
planos, es que se puede reducir bastante el trabajo requerido para el sombreado. LA
mayoría de los sistemas gráficos, incluyendo OpenGL, explota las posibles eficiencias
para polígonos planos, descomponiendo superficies curvas en muchos polígonos planos
pequeños, cada uno
teniendo un vector normal bien definido. Se considerarán tres maneras de sombrear
polígonos: Sombreado plano o constante, Sombreado interpolativo o Gouraud, Sombreado
Phong.
Sombreado Plano (Flat)
Los tres vectores, l, n y v, pueden
variar según se va entre puntos sobre una superficie. Para un polígono plano, n
es constante. Si se asume un observador distante, v es constante sobre el polígono.
Si la fuente de luz es distante, l es constante. Distante se puede interpretar
como una fuente o un observador en el infinito; en particular, si los polígonos
son pequeños, las distancias relativas para el infinito no tienen que ser muy
grandes. Los ajustes necesarios, como cambiar la ubicación de la fuente u
observador a la dirección de la fuente u observador, de forma correspondiente, puede
hacerse a las ecuaciones de sombreado y a su implementación. Si los tres
vectores son constantes, entonces el cálculo de sombreado se lleva a cabo una
sola vez para cada polígono, y se asignará la misma sombra a cada punto en el
polígono. Esta técnica se conoce como sombreado plano o constante y asi el sombreado
plano mostrará diferencias de sombreado entre los polígonos. Si las fuentes de
luz y el observador están cerca del polígono, los vectores v y l serán
diferentes para cada polígono. Sin embargo, si los polígonos se diseñaron para
modelar una superficie suave, sombreado plano no será el mas apropiado, ya que
se verán aunque sea diferencias de sombreado pequeñas entre polígonos
adyacentes.
Sombreado Interpolativo (Gouraud)
Si la fuente de luz es distante,
y el observador es distante o no hay reflexiones especulares, entonces el
sombreado interpolativo sombreara un polígono con un color constante. Como
múltiples polígonos se juntan en vértices interiores, cada uno teniendo su propia
normal, la normal en los vértices es discontinua. Aunque esta situación pudiera
complicar las matemáticas, Gouraud se dio cuenta que la normal en el vértice de
puede definir de manera que se obtenga sombras mas suaves mediante
interpolación. Si se tiene un vértice interior donde cuatro polígonos se
juntan, cada uno con su normal. Asi el sombreado Gouraud es deceptivamente
sencillo. Se necesita solamente asignar correctamente las normales de vértices.
La literatura a menudo no distingue entre el sombreado interpolativo y el Gouraud.
Sin embargo, existe un problema, encontrar las normales para promediar. Si el
programa es lineal, especificar una lista de vértices (y otras propiedades), no
se tiene la información necesaria de cuales polígonos comparten un vértice. Lo
que se requiere es una estructura de datos para representar un
"mesh". Atravesar esta estructura de datos puede generar los vértices
con las normales promediadas. Tal estructura de datos debe contener, de manera
mínima, polígonos, vértices, normales, y propiedades de los materiales.
Sombreado de Phong
Incluso la suavidad introducida
por el sombreado Gouraud no puede prevenir la apariencia de bandas Mach. Phong propuso
que, en lugar de interpolar intensidades de los vértices, según se hace en el
sombreado Gouraud, se interpole normales a lo largo del polígono. Para un
polígono que comparte lados y vértices con otros polígonos. Una vez obtenidas
las normales en cada punto, se puede hacer cálculos de sombreado
independientes. Normalmente, este proceso se combinará con la rasterización del
polígono, para que la línea entre C y D proyecte a una línea de rastreo en el frame
buffer.
El sombreado Phong producirá
imágenes mas suaves que con el sombreado Gouraud, pero a un costo computacional
mayor. Existen varias implementaciones en hardware para el sombreado Gouraud,
pero no así mismo para sombreado Phong.
CONCLUSIÓN:
Gracias a las diferentes técnicas
que tenemos para poder iluminar, rellenar y sombrear polígonos podemos hacer
que nuestros gráficos adquieran un realismo más agradable al ojo además que si
lo vemos desde un punto de vista más profesional y aplicado a las diferentes
disciplinas existentes por ejemplo en el caso de la medicina podemos lograr que
la visualización de una fotografía o mediante una cámara nos muestre una imagen
más real de lo que se está tratando de mirar haciendo asi que se tenga una
mejor exactitud en el trabajo poniendo así solo un ejemplo que ya nos brinda
una gran aplicación multidisciplinaria ya que si hablamos artísticamente de
esto podemos llegar a construir gráficos que tengan una mayor definición y cumplan
con las expectativas dadas.
FUENTES:
No hay comentarios.:
Publicar un comentario