Bài giảng Đồ họa máy tính: Ánh sáng bao gồm các nội dung: Màu sắc, khoảng phổ nhìn thấy, mô hình ánh sáng – ilumination model, phân loại mô hình ánh sáng, mô hình ánh sáng cục bộ, các loại phản quang, khuyếch tán hoàn hảo,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Đồ họa máy tính Ánh sáng 2/17/17 Màu sắc Màu sắc phụ thuộc vào loại ánh sáng phản xạ từ vật thể tác động tới mắt 2/17/17 Khoảng phổ nhìn thấy 2/17/17 Mơ hình ánh sáng – ilumination model Đặc tính vật thể: hấp thụ hay phản xạ bước sóng Đồ họa máy tính: Vật thể tương tác với ánh sáng tạo vật thể trơng thật Mơ hình ánh sáng: Các luật đơn giản tương tác vật thể ánh sáng Hai thành phần quan trọng: tính chất bề mặt tính chất ánh sáng 2/17/17 Mơ hình tạo bóng – Shading Model - Thiết lập màu sắc cường độ sáng tất điểm bề mặt - Tồn diện mơ hình ánh sáng 2/17/17 Phân loại mơ hình ánh sáng -Mơ hình ánh sáng cục bộ:Chỉ đối tượng xét đến tính tốn ánh sáng + Ánh sáng bề mặt lấy trực tiếp từ nguồn sáng Mơ hình ánh sáng tồn cục: tồn đối tượng cảnh xét đến đồng thời tính toán ánh sáng + Ánh sáng bề mặt tính tốn dựa tương tác tất nguồn sáng vật 2/17/17 Mơ hình ánh sáng cục -Thành phần: Môi trường (ambient), Khuyếch tán (diffuse) Phản chiếu (specular) AS môi trường: as có cường độ khơng đổi cảnh vật, tổng tất as gián tiếp cảnh vật 2/17/17 Các loại phản quang l l Mơi trường Phản chiếu hoàn hảo – – l Khuyếch tán hoàn hảo – – l Matte Luật Lambert Phản chiếu – – Gương Luật phản chiếu Độ bóng vùng phản chiếu Mơ hình Phong Blinn 2/17/17 Gương: Bề mặt phản chiếu hồn hảo Tính vec-tơ phản chiếu liên quan đến L quanh N L va N duoc chuan hoa N L Hinh chieu cua L len N la N cos q S S R Ta co : S = N cos q - L Do vay : N cosq qi q r R = N cos q - L Thay the N L cho cos θ : R = N ( N L ) - L qr= qi 2/17/17 Khuyếch tán hoàn hảo l l l 10 Các bề mặt sần sùi viên phấn thể khuyếch tán hoàn hảo (khuyếch tán Lambertian) Ánh sáng phản xạ có cường độ hướng Cho trước bề mặt, độ sáng phụ thuộc vào góc véc-tơ pháp tuyến bề mặt nguồn sáng 2/17/17 Mơ hình ánh sáng Phong (…) I l = I a ka + I p [kd cosq + ks cosn a ] 18 2/17/17 Tạo bóng l Flat (facet) shading: Phù hợp với vật thể thực chứa bề mặt phẳng – Kết phụ thuộc vào số lượng đa giác vật thể có bề mặt cong – l 19 Nếu hình tạo cách xấp xỉ cần chế để tạo độ mịn 2/17/17 Tạo bóng nội suy Interpolated shading l l l Wylie, Romney, Evans Erdahl: đề xuất ý tưởng dùng nội suy tuyến tính thơng tin tạo bóng điểm Gouraud tổng quát ý tưởng với đa giác Độ sáng nội suy giống thực với z-buffering – 20 Khơng thực xác vật lý 2/17/17 Tạo bóng Gouraud Gouraud Shading N1 Tìm vec-tơ pháp tuyến cho đỉnh cách lấy trung bình pháp tuyến bề mặt, thơng qua phân tích N NV N4 NV = N2 N3 B A 21 i åN i 1£ i £ n 1£ i £ n - Sử dụng pháp tuyến với mơ hình tạo bóng đó, - Nội suy cường độ màu sắc đỉnh dọc theo cạnh Ibc Iac å - Nội suy giá trị cạnh theo đường quét C Iac nội suy từ A đến C, Ibc nội suy từ B đến C 2/17/17 Tạo bóng Gouraud (…) 22 2/17/17 Tạo bóng Phong Phong shading l l l Véc-tơ pháp tuyến tính tốn cho đỉnh Vec-tơ pháp tuyến nội suy cho bè mặt Áp dụng mơ hình ánh sáng với vec-tơ pháp tuyến Interpolated normals Giả thiết bề mặt cong xấp xỉ đa giác 23 2/17/17 Tạo bóng Phong (…) l 24 Trong mơ hình phản chiếu Phong, điểm sáng giảm dần với cosn a l Tạo bóng Gouraud – điểm sáng lớn l Tạo bóng Gouraud bỏ qua điểm sáng bề mặt 2/17/17 Direction of maximum highlight Tạo bóng Phong (…) l l l 25 Trong mơ hình phản chiếu Phong, điểm sáng giảm dần với cosn a Tạo bóng Gouraud – điểm sáng lớn Tạo bóng Gouraud bỏ qua điểm sáng bề mặt 2/17/17 Direction of maximum highlight Highlight on surface Tạo bóng Phong (…) 26 2/17/17 Các vấn đề với tạo bóng nội suy l Vấn đề với việc tính toán vec-tơ pháp tuyến A,B đỉnh chung đa giác cho đỉnh A C đỉnh chung đa giác C B - Kết tạo bóng cho điểm C bên trái bên phải khác - Khơng liên tục độ bóng Giải pháp : giới thiệu điểm ảo trùng với điểm C 27 2/17/17 Các vấn đề với tạo bóng nội suy (…) l 28 Vấn đề với việc tính tốn vec-tơ pháp tuyến đỉnh Véc-tơ pháp tuyến bề mặt đỉnh Không thể độ lồi lõm, thêm đa giác dọc theo cạnh kiểm tra góc ngưỡng để giải vấn đề trung bình véc-tơ pháp tuyến 2/17/17 Các vấn đề với tạo bóng nội suy (…) l Khác biệt quay? – Kết tạo bóng nội suy bị thay đổi quay đa giác A Điểm hình bên trái nội suy AD & AB , B D B A C D C 29 2/17/17 Điểm hình bên phải nội suy AB & BC Tổng kết l l 30 Các mơ hình ánh sáng Các mơ hình tạo bóng 2/17/17 Bùi Tường Phong l 31 He was born December 14, 1942 in Hanoi, Vietnam After attending the Lycee Albert Sarraut there, he moved with his family to Saigon in 1954, where he attended the Lycee Jean Jacques Rousseau He went to France in 1964 and was admitted to the Ecole d’Ingenieur de Grenoble (ENSEHRMAG) He receive his Licence es Science from Grenoble in 1966 and his Diplome d’Ingenieur from the ENSEEIHT, Toulouse, in 1968 He joined the Institut de Recherche d’Ingenieur et d’Automatique (IRIA) in 1968 as a Researcher in Computer Science He was working in the development of operating systems for digital computers He came to the University of Utah in September 1971 as a Research Assistant in Computer Science 2/17/17 Bùi Tường Phong (…) l The tragic element for Phong is that he knew that he was fatally ill while he was a student After University of Utah, Phong went on to Stanford as a professor, and he died in a short time after finishing his dissertation (1975) because of cancer (Leukemia) l According to Pro Ivan Sutherland and Phong's friends, Phong was a very smart, nice and modest person This is what he said about his work in computer generated images: "We not expect to be able to display the object exactly as it would appear in reality, with texture, overcast shadows, etc We hope only to display an image that approximates the real object closely enough to provide a certain degree of realism." 32 2/17/17 ... Model - Thiết lập màu sắc cường độ sáng tất điểm bề mặt - Tồn diện mơ hình ánh sáng 2/17/17 Phân loại mơ hình ánh sáng -Mơ hình ánh sáng cục bộ:Chỉ đối tượng xét đến tính tốn ánh sáng + Ánh sáng. .. từ nguồn sáng Mơ hình ánh sáng tồn cục: tồn đối tượng cảnh xét đến đồng thời tính tốn ánh sáng + Ánh sáng bề mặt tính tốn dựa tương tác tất nguồn sáng vật 2/17/17 Mơ hình ánh sáng cục -Thành phần:... vào loại ánh sáng phản xạ từ vật thể tác động tới mắt 2/17/17 Khoảng phổ nhìn thấy 2/17/17 Mơ hình ánh sáng – ilumination model Đặc tính vật thể: hấp thụ hay phản xạ bước sóng Đồ họa máy tính: Vật