7. Модели освещения

по поверхности или отражается от нее.
Модели освещения:
Ахроматическая (монохромная) модель;
Цветовая модель.
В

модели освещения, используемой в компьютерной графике, предполагается, что объекты сцены освещаются двумя типами источников света: точечным источником света и фоновым источником света.

в тепло; часть – отражается и часть – проникает внутрь.
Объект

видим в том случае, когда часть света отражается и попадает в глаз наблюдателя.
Если весь падающий свет поглощается – то это абсолютно черное тело.
Если весь свет проходит сквозь объект, то объект видим только за счет рефракции.

на объект света слегка проникает внутрь поверхности и излучается обратно

во всех направлениях равномерно. Рассеянный цвет сильно взаимодействует с материалом поверхности, поэтому его цвет зависит от природы материала, из которого сделана поверхность;
Зеркальное отражение – падающий свет прямо отражается от поверхности, не проникая вглубь. В первом приближении зеркально отраженный свет имеет тот же цвет, что и падающий. В более сложных моделях цвет зеркально отраженного света пробегает интервал бликов, что дает лучшее приближение металлических поверхностей.

в точке P;
s – вектор, указывающий направление от точки P

к источнику света;
v – вектор, указывающий направление от точки P к глазу наблюдателя.

видимой стороны должно соблюдаться условие v  m > 0

( - операция скалярного умножения)

отраженного света будет IScosΘ. Из всего отраженного доля ρd будет

приходиться на диффузную составляющую (ρd – коэффициент диффузного отражения).
Тогда диффузная компонента отраженного света будет равна ISρdcosΘ. Поскольку диффузное отражение равномерно во всех направлениях, то интенсивность диффузной компоненты, попадающей в глаз наблюдателя, не зависит от вектора.

по правилу: угол падения равен углу отражения. Однако в реальности

это не так.

глаз наблюдателя;
ρs – коэффициент зеркального отражения;
 – параметр, учитывающий

неидеальную зеркальность ( = 1…200)

Модель Фонга

то реалистичность полученного изображения оказывается не всегда удовлетворительной. Грани, которые

не освещаются, будут глубоко черными, тени резкими и глубокими.
Для смягчения этого эффекта добавляют третью компоненту света – фоновый свет, источник которого считается не расположенным ни в каком определенном месте, свет от него распространяется во всех направлениях одинаково.
Этот источник характеризуется интенсивностью Ia, а каждая грань коэффициентом фонового отражения ρa.
Следовательно, в глаз наблюдателя, расположенного в любом месте, попадает отраженная часть фонового источника Iaρa.

Ia и два точечных Is1, Is2. Точечные независимы, но совмещены

в пространстве. Один из них имеет интенсивность Is1 и является источником, создающим диффузную составляющую, другой имеет интенсивность Is2 и является источником, создающим зеркальную составляющую.

три независимых источника света, излучающие свет красного, зеленого и синего

цвета.

линейного ослабления
K3 – коэффициент квадратичного ослабления

света (GL_SPECULAR)
Расположение (GL_POSITION)
Направление распространения света (GL_SPOT_DIRECTION)
Концентрация светового луча (сфокусированность источника)

(GL_SPOT_EXPONENT)
Угол разброса световых лучей (GL_SPOT_CUTOFF)
Коэффициент постоянного ослабления (GL_CONSTANT_ATTENUATION)
Коэффициент линейного ослабления (GL_LINEAR_ATTENUATION)
Коэффициент квадратичного ослабления (GL_QUADRATIC_ATTENUATION)

цвет материала (GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE)
Отраженный цвет материала (GL_SPECULAR)
Коэффициент зеркального отражения (блеск) (GL_SHININESS)
Излучаемый

цвет материала (GL_EMISSION)
Индексы фонового, рассеянного и отраженного цветов (GL_COLOR_INDEXES)

если источник – прожектор, но вершина лежит вне его конуса;

(max{vd, 0})GL_SPOT_EXPONENT, если источник – прожектор и вершина лежит в его конусе, v – единичный вектор из прожектора в вершину, d – вектор ориентации прожектора.

L – единичный вектор направления из вершины на источник; n – единичный вектор нормали; s – нормализованная сумма двух векторов: вектор направления из вершины на источник и вектор из вершины на точку наблюдения.

init(void)
{
GLfloat mat_specular[] = { 1.0, 1.0, 1.0,

1.0 };
GLfloat light_position[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 };
glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
glShadeModel (GL_SMOOTH);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, diffuseMaterial);
glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);
glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, 25.0);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);
glEnable(GL_LIGHTING);
glEnable(GL_LIGHT0);
glColorMaterial(GL_FRONT, GL_DIFFUSE);
glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);
}

glFlush ();
}
void reshape (int w, int h)
{
glViewport

(0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);
glMatrixMode (GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
if (w <= h) glOrtho (-1.5, 1.5, -1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w, 1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w, -10.0, 10.0);
else
glOrtho (-1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h,
1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -1.5, 1.5, -10.0, 10.0);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
}

switch (button) {
case GLUT_LEFT_BUTTON:

if (state == GLUT_DOWN) {
diffuseMaterial[0] += 0.1;
if (diffuseMaterial[0] > 1.0) diffuseMaterial[0] = 0.0;
glColor4fv(diffuseMaterial);
glutPostRedisplay();
}
break;
case GLUT_MIDDLE_BUTTON:
if (state == GLUT_DOWN) {
diffuseMaterial[1] += 0.1;
if (diffuseMaterial[1] > 1.0) diffuseMaterial[1] = 0.0;
glColor4fv(diffuseMaterial);
glutPostRedisplay();
}
break;

{
diffuseMaterial[2] += 0.1;

if (diffuseMaterial[2] > 1.0) diffuseMaterial[2] = 0.0;
glColor4fv(diffuseMaterial);
glutPostRedisplay();
}
break;
default: break;
}
}
void keyboard(unsigned char key, int x, int y)
{
switch (key) {
case 27:
exit(0);
break;
}
}

(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
glutInitWindowSize (500, 500);

glutInitWindowPosition (100, 100);
glutCreateWindow (argv[0]);
init ();
glutDisplayFunc(display);
glutReshapeFunc(reshape);
glutMouseFunc(mouse);
glutKeyboardFunc(keyboard);
glutMainLoop();
return 0;
}