Види компютерної графіки та їх суть
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
48) Метод візуалізації тривимірних поверхонь шляхом імітації гладких поверхонь полігональної моделі Оскільки полігональні моделі являють собою набір плоских граней,найпростіший метод їхнього зафарбування наступний. Для кожної грані визначаємо напрямок вектора нормалі,і відповідно до моделі оптичних властивостей матеріалу поверхні і напрямку променя освітленості обчислюємо колір цієї грані. Потім заповнюємо грані відповідним кольором. Для створення більш реалістичних зображень необхідно «згладити» нерівності полігональної апроксимації. Існують методи,що дозволяють «згладити» границі між гранями, що дозволяють створити ілюзій гладкої поверхні: методи Гуро і Фонга. Метод Гуро: Обчислюються нормалі до граней ;Обчислюються нормалі в вершинах полігональної сітки; спираючись на нормалі вершин,з урахуванням напрямку падаючого світла й оптичних властивостей матеріалу поверхні для кожної вершини обчислюється колір; Полігон грані зафарбовується кольорами методом лінійної інтерполяції кольорів. У результаті грань заповнена рівномірним колірним переходом і здається опуклою. Зафарбовування за методом Гуро не потребує великої кількості обчислень і виконуються за допомогою простого алгоритму, тому метод дуже швидкийі використовується при створенні зображень,що рухаються в режимі реального часу. Метод Фонга також обчислює нормалі до граней і нормалі вершин, але обчислення кольору виконується окремо для кожного пікселя зображення грані. При цьому виконується лінійна інтерполяція векторів нормалей – для точки поверхні грані,що проектується в даний піксель зображення. Тому грань зафарбовується так само, якби вона була справді опуклою чи увігнутою. Цей метод потребує значно більшої кількості обчислень і застосовується при остаточній візуалізації об’єктів, дозволяючи створити якісне реалістичне зображення. 49) Імітація дрібних деталей і мікрорельєфу. Поняття текстури У деяких областях застосування комп’ютерної графікі цілком достатньо візуалізувати 3D-моделі поверхонь методом Гуро, але реальні об’єкти рідко мають ідеально гладку одноколірну поверхню. Виключення складають лише об’єкти штучного походження, більшість ж об’єктів мають поверхні надзвичайно складної будови через безліч складних деталей. Якщо спробувати передати всі складні деталі за допомогою полігональної моделі, то така модель виявиться надзвичайно складною, однак дрібні деталі можна імітувати за допомогою текстур і карт мікрорельєфу. Текстурою називається тривимірне растрове зображення що використовується для заповнення поверхні тривимірного об’єкта. У 3D-графіці звичайно використовуються проектувальні текстури – растри що накладаються на поверхню об’єкта. Елемент растра текстури називається текселом. Текстури накладаються на поверхню об’єкту в такий спосіб. Розташування растра текстури задається кутами повороту її координат щодо системи координат об’єкта. Також указується розмір растра і його зсув. У більшості програмних пакетів для зручності накладання текстури її розміри і зсув вказуються в частках габариту об’єкту. Якщо растр текстури менше розміру об’єкта, то можливе копіювання текстури по всій його поверхні. При недостатньо великій роздільній здатності растру текстури, а також при значному зближенні стають помітні окремі тексели текстури. Для поліпшення вигляду текстурованої поверхні використовують методи фільтрації растрової текстури.Зображення стає злегка розмитим, але окремі тексели непомітні. Карта рельєфу - це растр, що дозволяє імітувати мікро рельєф. Як карти мікрорельєфу використовуються напівтони або повноколірні зображення. Мікро рельєф імітується в такий спосіб. Інтенсивність текселів растра мікрорельєфу трактується як відкилення поверхні мікрорельєфу в даній точці від поверхні грані. Для кожної точки поверхні обчислюється вектор нормалі, відхилений від дійсної нормалі грані відповідно до карти мікро рельєфу. Подальший розрахунок параметрів відбиття і переломлення світла даною ділянкою виконується з використанням відхиленого вектора – у результаті створюється ілюзія нахилу ділянки поверхні. На поверхні з’являються виступи і западини - мікрорельєф.Текстурні карти можуть використовуватися також для задання інших властивостей поверхні: прозорості, дзеркальності, шершавості і т.д. 50) Освітлення і тіні в тривимірному моделюванні Важливу роль у створенні реалістичних зображень грає імітація реальних умов освітленості світловідбиваючих об’єктів. При створенні спрощених зображень у процесі розробки моделі звичайно використовують джерело світла, спрямоване на об’єкт від глядача, що дозволяє підсвітити всі видимі частини об’єкта. При побудові більш складних сцен використовують різні моделі джерел світла. Є такі моделі: Віддалене джерело – імітує джерело світла, розташоване на стільки далеко, що промені які йдуть від нього взаємно паралельні; Точкове джерело- імітує штучні джерела світла і задається розташуванням у просторі однієї точки. Світлові промені виходять з цієї точки у всі напрямках і освітлюють навколишній простір; Спрямоване джерело – є різновидом точкового, але його світловий потік обмежений нескінченним конусом з вершиною в точці розташування джерела. Окрім розташування і напрямку, джерела світла характеризуються інтенсивністю і кольром – світло може бути ахроматичним(білим) і хроматичним(кольоровим). Реальні об’єкти при освітленні їх деяким джерелом світла відкидають тінь. Імітація явищ тіні дуже складна задача, рішення якої є необхідним при створенні дійсно реалістичних зображень. Тіні що відкидаються об’єктами, утворюють на поверхні інших об’єктів дуже складні фігури, які визначаються формою обох поверхонь і їхнім взаємним розташуванням. 51)Метод трасування променів Трасування променів це метод одержання зображення, що полягає в моделюванні поширення променів світла, їхнього відбиття від об’єктів і переломлення в них. Основним положенням цього методу є те, що промінь світла у вільному просторі поширюється до тих пір, поки не зустріне перешкоду – поверхню деякого об’єкту. Відомі 2 методи моделювання поширення світла – пряме і зворотне трасування. Пряме трасування припускає відстеження руху променя від джерела світла до поверхні об’єктів і далі – на площину екрану, а в зворотньому випадку навпаки. Ідея алгоритму полягає в тому, щоб простежити хід променя від уявного ока глядача крізь кожен піксел на уявному екрані і обрахувати колір об'єкта, видимого оком крізь нього. Тривимірні сцени чи моделі описані математично програмістом або дизайнером за допомогою спеціального програмного забезпечення. Для кожного об'єкта існує геометричний опис його форми і оптичних властивостей поверхні та речовини, з якої він зроблений. Зазвичай, кожен промінь має бути перевірено на перетин із певною підмножиною об'єктів сцени. Спочатку слід визначити перший об'єкт, на який падає промінь, підрахувати чи досить точно припустити освітленість об'єкта в точці падіння променя, виходячи з відомих даних про джерела світла у сцені, а потім, враховуючи відомості про оптичні властивості матеріалу об'єкта у точці перетину з променем, обрахувати остаточний колір та яскравість променя-піксела. В разі, якщо матеріал об'єкта в точці падіння променя відбиває промінь, або ж заломлює його, знадобиться додати більше променів до сцени, щоб відстежити колір цього піксела. |