domingo, 10 de noviembre de 2013

UNIDAD 4

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:





    




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