Лекции - Технологии Мультимедиа, страница 4

11 . Варианты моделирования отражения.[L\vec] - ед. вектор направления на источник света.[N\vec] - нормаль к поверхности.[R\vec] - ед. вектор направления идеального отражения.[V\vec] - ед. вектор направления кнаблюдателю.Эмпирическая модель Фонга:Is = Ip ·W(, ) ·cosn(),W(, ) - кривая отражения,-/2    /2,1  n  200,Для идеального отражателя n = .Для тусклых, негладких поверхностей типа мела или сажи n  1.23Рис. 12. Зависимость cosn() от значения параметра отражения n.Часто W(l, q) заменяется константой Ks, такой, чтобы полученная картина была субъективно приемлема.Суммарная модель освещения:I  I r Pr Ir( Pd cos(q )  W (l , q ) cos n( ))dKИли при замене W(l, q) на константу Ks:I  I r Pr Ir( Pd cos(q )  K s cos n( ))dKДля поверхностей, представленных, например, в виде бикубических кусков, каждоепроизведение меняется в пределах куска.Фонг предложил алгоритм пошагового вычисления по рассмотренной модели, существенно снижающий затраты.Модели с микрогранями.Отражающая поверхность представлена в виде плоских микрограней.Ориентации нормалей к граням относительно нормали к средней линии поверхностизадаются некоторым распределением, например, Гаусса.Модели закраски.Однотонная (и источник и наблюдатель в бесконечности). Метод Гуро. Метод Фонга. Прозрачность. Без учета преломления. С учетом преломления.24Суммарная закраска:I = k·Iб + (1-k)·Iд,K - характеризует прозрачность ближнего многоугольника.

Если k = 1, то он непрозрачен. Если k = 0, то ближний многоугольник полностью прозрачен. Iб - интенсивность дляпикселя ближнего многоугольника. Iд - дальнего.Тени. Объект невидимый из источника света находится в тени.Шаги алгоритма:Определяются все многоугольники, видимые из точки освещения.Удаление поверхностей невидимых из точки зрения.Закраска многоугольников. Если видим из источника освещения, то учитываютсядиффузное и зеркальное отражения и рассеянный свет. Если невидим, то многоугольник втени и надо учитывать рассеянное освещение.Рис.

13 . Трассировка лучей.Трассировка лучей: прямая трассировка лучей, обратная трассировка лучей.Прямая трассировка лучей.Расчет освещения сцены:- от всех источников света испускаются лучи во всех направлениях;- расчитывается преломление и отражение каждого луча, в том числе и отраженного,т.е. каждая точка сцены может освещаться либо напрямую источником, либо отраженнымсветом;- часть лучей, попавшая в глаз наблюдателя, сформирует в нем изображение сцены.Изображение формирует только малая часть лучей.Обратная трассировка лучей.25Рис.

14 . Обратная трассировка лучей.Расчет освещения сцены:· отслеживаются лучи, проходящие из глаза наблюдателя через каждый пиксель экрана в сцену;· на каждой поверхности сцены, на которую попадает луч, формируются отраженныйи преломленный лучи;· каждый такой луч рекурсивно отслеживается, чтобы определить пересекаемые поверхности;Удаление скрытых линий и поверхностей.Классификация методов удаления невидимых частейМетоды удаления невидимых частей сцены можно классифицировать:- По выбору удаляемых частей: удаление невидимых линий, ребер, поверхностей,объемов.- По порядку обработки элементов сцены: удаление в произвольном порядке и в порядке, определяемом процессом визуализации.По системе координат:- алгоритмы работающие в пространстве объектов, когда каждая из N граней объектасравнивается с остальными N-1 гранями (объем вычислений растет как N2),- алгоритмы работающие в пространстве изображения, когда для каждого пикселяизображения определяется какая из N граней объекта видна (при разрешении экрана M×Mобъем вычислений растет как M2 ×N).Алгоритмы удаления линий.26Применение - представление каркасных моделей.

При этом не используется основноеценное качество растрового дисплея - возможность закраски поверхностей. В этой связи основная область применения - векторные устройства, но могут применяться и в растровых дляускорения процесса визуализации.Наиболее известный ранний алгоритм - алгоритм Робертса (1963 г.). Работает с только выпуклыми телами в пространстве объектов. Каждый объект сцены представляется многогранным телом, полученным в результате пересечения плоскостей.

Т.е. тело описываетсясписком граней, состоящих из ребер, которые в свою очередь образованы вершинами.Вначале из описания каждого тела удаляются нелицевые плоскости, экранированныесамим телом. Затем каждое из ребер сравнивается с каждым телом для определения видимости или невидимости. Т.е. объем вычислений растет как квадрат числа объектов в сцене.Наконец вычисляются новые ребра, полученные при протыкании телами друг друга.Алгоритм удаления поверхностей с Z - буферомОбычный буфер кадра хранит коды цвета для каждого пикселя в пространстве изображения.

Идея алгоритма состоит в том, чтобы для каждого пикселя дополнительно хранитьеще и координату Z или глубину. При занесении очередного пикселя в буфер кадра значениеего Z-координаты сравнивается с Z - координатой пикселя, который уже находится в буфере.Если Z-координата нового пикселя больше, чем координата старого, т.е.

он ближе к наблюдателю, то атрибуты нового пикселя и его Z - координата заносятся в буфер, если нет, то ничего не делается.Этот алгоритм наиболее простой из всех алгоритмов удаления невидимых поверхностей, но требует большого объема памяти. Время работы алгоритма не зависит от сложностисцены. Многоугольники, составляющие сцену, могут обрабатываться в произвольном порядке.

Для сокращения затрат времени нелицевые многоугольники могут быть удалены. Основной недостаток алгоритма с Z - буфером - дополнительные затраты памяти. Для их уменьшения можно разбивать изображение на несколько прямоугольников или полос. В пределеможно использовать Z - буфер в виде одной строки. Понятно, что это приведет к увеличениювремени, так как каждый прямоугольник будет обрабатываться столько раз, на сколько областей разбито пространство изображения. Уменьшение затрат времени в этом случае можетбыть обеспечено предварительной сортировкой многоугольников на плоскости.Другие недостатки алгоритма с Z - буфером заключаются в том, что пиксели в буферзаносятся в произвольном порядке и возникают трудности с реализацией эффектов прозрачности или просвечивания и устранением лестничного эффекта с использованием предфильтрации.

Здесь каждый пиксель экрана трактуется как точка конечного размера и его атрибуты устанавливаются в зависимости от того какая часть пикселя изображения попадает в пик-27сель экрана. Но другой подход к устранению лестничного эффекта, основанный на постфильтрации - усреднении значений пикселя с использованием изображения с большим разрешением реализуется сравнительно просто за счет увеличения расхода памяти (и времени).В этом случае используются два метода. Первый состоит в том, что увеличивается разрешение только кадрового буфера, хранящего атрибуты пикселей, а разрешение Z - буфера делается совпадающим с размерами пространства изображения. Глубина изображения вычисляется только для центра группы усредняемых пикселей. Это метод неприменим, когда расстояние до наблюдателя имитируется изменением интенсивности пикселей.

Во втором методе икадровый и Z буфера имеют увеличенное разрешение и усредняются атрибуты пикселя, так иего глубина.28Растровая графика.Основные понятия.Статические растровые изображения, представляющие собой двумерный массив чисел - пикселей. Все изображения можно подразделить на две группы: с палитрой и без нее. Уизображений с палитрой в пикселе хранится число - индекс в некотором одномерном векторецветов, называемом палитрой. Чаще всего встречаются палитры из 16 и 256 цветов.Изображения без палитры бывают в какой - либо системе цветопредставления и в градациях серого.

Для последних значение каждого пикселя интерпретируется как яркость соответствующей точки. Встречаются изображения с 2, 16 и 256 уровнями серого.Большинство программ по созданию или обработке растровых изображений предлагают следующие типы изображений, которые отличающиеся количеством выделяемых битна один пиксель.Монохромная графика.Этот режим иногда называют черно - белой графикой, или графикой с однобитовымразрешением. Это означает, что каждый пиксель может быть окрашен только в белый иличерный цвет. Такие изображения можно получить с помощью графических пакетов или спомощью сканирования картинок в режиме "Монохромная графика".

В этом режиме можносоздавать изображения, которые по стилю относятся к художественной черно-белой графике.Оттенки серого. Изображения этого типа содержат 8 бит на пиксельь и позволяют вкаждой точке получить 256 оттенков серого цвета. Этот тип изображения можно получить,например, при сканировании черно-белых фотографий в режиме "Оттенки серого". Разумеется, любая цветная фотография также может быть отсканирована в этом режиме, но качество изображения может быть не вполне удовлетворительным, поскольку некоторые цветаиз-за недостаточной контрастности могут сливаться.Индексированный 16-цветный.Каждый пиксель здесь представлен 4 битами, в которых записывается номер цвета впалитре из 16-ти цветов. Палитра строится таким образом, что каждый цвет для всех трехсоставляющих цветов (красного, зеленого и синего) имеет конкретное значение в диапазонеот 0 до 256.

Индексированные изображения небольшие по объему и содержат палитру внутри себя или в виде отдельного файла.Индексированный 256-цветный.Аналогично предыдущему типу здесь каждый пиксель представлен номером цвета впалитре, состоящей из 256 цветов. Для хранения информации о пикселе требуется 8 бит.Истинный цвет RGB.29Этот тип изображений содержит 24 бита на пиксель, и эти 24 бита представляют информацию о трех цветах (красном, зеленом и синем) по 8 бит на каждый цветной компонент.Этот тип изображения передает 16,7 млн. цветов.Цвет и модели цвета.Человеческий глаз — тонкий инструмент, но, к сожалению, восприятие цвета субъективно. Очень трудно пересказать другому человеку свое ощущение цвета.

Цвет надо видеть.Вместе с тем для многих отраслей производства, в том числе для полиграфии и компьютерных технологий, необходимы более объективные способы описания и обработки цвета.Цвет является не физической величиной, а физиологической. Световые лучи, строгоговоря, цвета не имеют.Человек является трихроматом - сетчатка глаза имеет 3 вида рецепторов света, ответственных за цветное зрение.