Зафарбування. Метод гуро І фонга icon

Зафарбування. Метод гуро І фонга




Скачати 45.56 Kb.
НазваЗафарбування. Метод гуро І фонга
Дата28.06.2012
Розмір45.56 Kb.
ТипДокументи

Магістрантка групи ІСмн – 08

Смирнова Олена Валеріївна


ЗАФАРБУВАННЯ. МЕТОД ГУРО І ФОНГА

Зафарбування

Основна причина популярності алгоритмів зафарбування, заснованих на розбитті на багатокутники, - існування двох методів зафарбування: метод Гуро (Gouraud shading) і метод Фонга (Phong shading). Обидва
методи дозволяють створювати згладжені зображення. Це нескладні алгоритми, в яких спочатку вираховуються параметри зафарбування в вершинах багатокутників, а потім відбувається інтерполяція по внутрішній області багатокутника.

Метод Гуро швидше методу Фонга, але з його допомогою не можна досягти деяких світлових ефектів (наприклад, відблисків). Його зазвичай використовують у програмах, де важлива швидкість: наприклад, у авіасимуляторах. Закраска методом Фонга дозволяє одержати більш якісне зображення, але вона і обходиться дорожче. У методі Гуро рахуються тільки інтенсивності в вершинах багатокутників, використовуючи функцію закраски. і потім інтерполюються для пікселів внутрішньої області. А у методі Фонга інтерполюються нормалі, і функція закраски застосовується до кожної точки.

І хоча обидва цих методу стали фактично стандартними (метод Гуро використовується в багатьох графічних робочих станціях; обидва методи включені в GKS3D і PHIGS), до них існували інші способи зафарбування, розроблені, наприклад, Букнайтом (Bouknight, 1970) і Вайлі (Wylie, 1967 ).


Зафарбування методом Гуро

Метод Гуро ґрунтується на визначенні освітленості грані в її вершинах з наступною інтерполяція отриманих величин на всю грань.




NA = ( N1 + N2 + N3 + N4 ) / 4
^

Рисунок 1 – Нормаль у вершині




Моделлю освітлення (функцією зафарбування) будемо називати функцію, що залежить від вектора нормалі в даній точці, положення джерела світла і вектора спостереження. В якості нормалі в вершині береться усереднена по нормалей прилеглих граней нормаль (Рис.1). Функція зафарбування застосовується в кожній вершині для розрахунку інтенсивності.



Рисунок 2

Проведемо через довільну точку S опуклого чотирикутника горизонтальну пряму (Рис.2). Освітленість Is в точці S обчислюється по інтенсивності Ia і Ih в точках перетину цієї прямої зі сторонами чотирикутника, а Ia і Ih інтерполюються по інтенсивності у відповідних вершинах:

Ia = [I1 * (YS - y2) + i2 * (y1 - YS)] / (y1 - y2)
Ih = [I1 * (YS - y4) + I4 * (y1 - YS)] / (y1 - y4)
^ Is = [Ia * (XB - XS) + IB * (XS - XA)] / (XB - XA)

Недоліки методу Гуро

За допомогою методу Гуро можна зображувати тільки матові поверхні, що не мають дзеркальних відблисків (оскільки відблиск буде розмазуватися по поверхні і зникне). Дійсно, у випадку, коли відблиск розташований всередині грані і не доходить до вершин, дзеркальна складова в вершинах дорівнює нулю і, отже, відблиск не з'явиться при інтерполяції.

У методі Гуро є ще один недолік. Справа в тому, що виникає класичний оптичний ефект (Mach banding): на кордонах чотирикутників людське око підсилює переходи і межі сприймаються як світлі лінії (це відбувається із-за розриву похідної).

Бажання усунути ці недоліки приводить нас до методу Фонга.

Закраска методом Фонга

У методі Фонга дзеркальні відблиски виглядають досить правдоподібно і майже (але не зовсім) усунутий оптичний ефект (Mach banding). Як і метод Гуро, метод Фонга також спирається на інтерполяції, але інтерполюються НЕ інтенсивності, а нормалі, і модель освітлення (функція зафарбування) застосовується до кожної точки, використовуючи інтерпольовану нормаль NS (рис. 3).



Рисунок 3


Векторна інтерполяція допомагає відновити природну кривизну поверхні, апроксимованої чотирикутниками (рис. 4).



Рисунок 4


Зображення, отримані методом Фонга, виходять більш реалістичними, але цей метод вимагає значно більшого обсягу обчислень: по-перше, інтерполюються три векторні компоненти, а по-друге, вираховується інтенсивність в кожній точці. Це призвело до виникнення різних технологій прискорення цього методу, які можна розділити на чисельні та геометричні. Чисельні оптимізації, розроблені Бішопом (Bishop) і Даффом (Duff), зменшують кількість арифметичних та алгебраїчних операцій, а геометричний підхід, запропонований Бергманном (Bergman) і Харрісоном (Harrison), заснований на визначенні місць появи відблисків.

Недоліки методу Фонга

Незважаючи на те, що метод Фонга дозволяє отримувати відблиски на поверхні і знижує видимість кордонів граней, у нього все ж таки є недоліки.

По-перше, працюючи в площині екрана, ми проводимо інтерполяцію з однаковими приростами, хоча правильніше було б враховувати перспективне представлення граней і використовувати різні прирости.

По-друге, виникають проблеми при анімації. Справа в тому, що, як видно з рисунку 5, в певний момент часу при повороті грані нормаль в одній і тій же точці P починає інтерполюватися за нормалями іншої трійки вершин (спочатку - за V1, V4 і V2, а потім - по V1, V4 і V3), що, іноді буває дуже помітно.




Рисунок 5

По-третє, при розбитті поверхні на чотирикутники треба враховувати, що, якщо точка є вершиною хоча б одного чотирикутника, то вона також повинна бути вершиною всіх чотирикутників, яким вона належить. Інакше можна зіткнутися із ситуацією, показаної на рисунку 6, де зафарбування грані 1 інтерполюється по V1 і V3 без урахування V2, в той час як при зафарбуванні граней 2 і 3 V2 враховується. Це може призвести до небажаних візуальних ефектів.



Рисунок 6

По-четверте, якщо нормалі до суміжних чотирикутників дуже швидко змінюють напрямок, ми можемо отримати неправильне зафарбування. Наприклад, на рисунку 7 ми отримали набір усереднених паралельних нормалей в вершинах, і, отже, невірне зафарбування.



Рисунок 7

Методи Гуро і Фонга гарні тим, що вони прості та з їх допомогою можна отримати досить гарне зафарбування, але поверхні виходять нецікавими і якими-то неживими. Текстури допомагають уникнути цього.


Список використаних джерел

  1. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики: Пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 512 с., ил. ISBN 5-03-000476-9

  2. Попов С. Аппаратные средства мультимедиа. Видиосистема РС. – СПб.: БХВ-Петербург, 2001 – 400 с.

  3. Иванов В.П., Батраков А.С. Трехмерная компьютерная графика. - М.: Радио и связь, 1995 - 224 с.

  4. Фоли Дж., вэн Дэм А. Основы интерактивной машинной графики: В 2-х нигах. -М: Мир, 1985. - 368 с.

Схожі:

Зафарбування. Метод гуро І фонга iconТеоретичні питання з курсу „Аналітична геометрія та лінійна алгебра
Системи лінійних рівнянь. Основні означення. Методи розв’язування (метод Крамера, метод Гауса, матричний метод). Приклади
Зафарбування. Метод гуро І фонга iconТеоретичні питання з курсу „Аналітична геометрія та лінійна алгебра
Системи лінійних рівнянь. Основні означення. Методи розв’язування (метод Крамера, метод Гауса, матричний метод). Приклади
Зафарбування. Метод гуро І фонга iconДокументи
1. /Метод. реком. ДОШК_ЛЬНА ОСВ_ТА 2012-2013.doc
2. /Метод....

Зафарбування. Метод гуро І фонга iconНазва модуля: Теорія керування Код модуля: пм 6111 С01
Задачі теорії оптимальних систем керування, метод фазових траєкторій, метод гармонічної лінеаризації, спостережуваність та керованість...
Зафарбування. Метод гуро І фонга iconПитання до екзамену з дисципліни «пускорегулюючі апарати»
Методи розрахунку кіл з розрядними лампами: метод гармонічного аналізу, метод еквівалентних синусоїд, метод "припасовування", машинні...
Зафарбування. Метод гуро І фонга iconДокументи
1. /Дистанц_йне (заочне ) та п_слядипломне навчання/метод.вказ_вки по фармакогноз_х/ал1.doc
Зафарбування. Метод гуро І фонга iconПитання на модуль 2 з дисципліни «пускорегулюючі апарати»
Опишіть метод розрахунку електричних кіл з розрядними лампами : метод гармонічного аналізу (недоліки, переваги)
Зафарбування. Метод гуро І фонга icon2. метод больших штрафов (М –метод)
Имеем три уравнения (m = 3) и четыре неизвестных n = Это означает, что каждому базисному решению соответствует одна
Зафарбування. Метод гуро І фонга icon2. метод больших штрафов (М –метод)
Имеем три уравнения (m = 3) и четыре неизвестных n = Это означает, что каждому базисному решению соответствует одна
Зафарбування. Метод гуро І фонга iconДокументи
1. /Метод вказ СТОМАТ_01.doc
2. /Метод вказ...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи