Modelos de ILuminação

Alex F. V. Machado

Modelos de ILuminação

Modelos de Iluminação

• Modelos locais– Apenas caminhos do tipo fonte luminosa → superfície

→ olho são tratados– Esforço computacional baixo– Principal método: Phong

• Modelos globais– Considera também a iluminação que é refletida ou

refratada por outras superfícies– Maior grau de realismo– Principais Métodos: ray tracing e radiosidade

Modelos de Iluminação Local

• O Modelo Phong permite calcular o valor da intensidade de um raio luminoso em função da orientação da superfície, da posição da câmara, da posição da fonte de luz e das propriedades da superfície.

• Considera que a reflexão da energia luminosa por uma superfície corresponde à combinação linear de três componentes:– Luz Ambiente– Reflexão Difusa– Reflexão Especular

(varia conforme o ângulo de observação)

Modelos de Iluminação Local

Componentes do Modelo de Phong

Difusa Especular Ambiente

Modelos de Iluminação Local

Componentes do Modelo de Phong

Luz Ambiente

• O modelo de Phong assume que as únicas superfícies que vão estar visíveis são aquelas que são diretamente iluminadas por fontes de luz.

• Todas as superfícies da cena vão ser iluminadas por uma fonte de luz ambiente, com intensidade, Ia, de valor constante, a qual resulta de múltiplas reflexões da luz nas superfícies da cena.

• O modo como cada superfície reflete a luz ambiente depende do valor do coeficiente de reflexão ambiente ka do material o qual pode ter valores entre 0 e 1.

Reflexão Difusa(Modelo Lambertiano)

• Quando a superfície do material apresenta uma estrutura muito irregular a energia é refletida em todas as direções de igual modo, e o seu valor depende unicamente do ângulo entre o raio incidente e a normal à superfície do objeto.

Reflexão Difusa

Reflexão Especular• Esta reflexão refere-se ao comportamento de superfícies

polidas e ângulo de observação.

Reflexão Especular

Sombreamentos

• Constante

• Gouraud

Sombreamento Constante

• No modelo de sombreamento constante é utilizada a normal da face para calcular uma cor a qual é usada para sombrear toda esta face.

• Assim, sabendo a posição da fonte de luz, a normal da face e as propriedades do material, é possível aplicar o modelo de reflexão de Phong e obter uma intensidade da energia luminosa refletida a qual pode ser aplicada no sombreamento dos pixels que cobriram a superfície.

Sombreamento de Gouraud

Sombreamento de Gouraud

• No método de sombreamento de Gouraud a influência de faces adjacentes é complementada através do cálculo de normais em cada vértice da malha das faces.

• Estas normais são obtidas por interpolação das normais de todas as faces que partilham um mesmo vértice.

Modelos de ILuminação Globais

• Modelos de iluminação local são limitados:– cada objeto é renderizado localmente, não prevendo

a influência de uns sobre os outros.– não é considerada a geração de sombras sobre

outros objetos.

• Solução: uso de modelos mais sofisticados que, por consequência, são também mais lentos:– Ray-tracing: ideal para superfícies com alto grau de

especularidade (reflexos e transparências)– Radiosidade: bom para cenas com superfícies

difusas, como interiores de prédios.

Modelos de ILuminação Globais

Em Física:• Superfície especular: superfície

perfeitamente polida, no qual os raios luminosos são refletidos numa única direção.Ex: bloco de vidro.

• Superfície difusa: superfície irregular em que os raios refletidos se propagam em diversas direções.Ex: paredes, folhas, móveis

Modelos de ILuminação Globais

Ray Tracing

Modelos de ILuminação Globais

Ray Tracing

Modelos de ILuminação Globais

Ray Tracing

Modelos de ILuminação Globais

Ray Tracing

Modelos de ILuminação Globais

Ray Tracing

Considera:

• Iluminação Direta• Reflexão entre objetos• Refração entre objetos• Sombras entre objetos

Modelos de ILuminação Globais

Ray Tracing

• Iluminação Direta

Modelos de ILuminação Globais

Ray Tracing

• Reflexão

Modelos de ILuminação Globais

Ray Tracing

• Refração

Modelos de ILuminação Globais

Ray Tracing

• Sombreamento

Modelos de ILuminação Globais

Radiosidade

Modelos de ILuminação Globais

Radiosidade

Modelos de ILuminação Globais

Radiosidade

Modelos de ILuminação Globais

Radiosidade

Modelos de ILuminação Globais

Radiosidade

Modelos de ILuminação Globais

Radiosidade

Variação no número de patches