Фонгов модел за илуминација

Симулација на светлината со своите неброени фотони кои се одбиваат, абсорбираат, рефлектираат и рефрактираат од околините предмети со помош на обични компјутери воопшто не е тривијална работа. Големите филмски студија имаат специјално наменети огромни компјутерски кластери (или фарми за рендерирање) како на Слика 1, коишто овозможуваат се пореалистични ефекти во анимирани или играни филмови со паралелно процесирање и огромна моќ. Од друга страна ние, обичните смртници, мора да се задоволиме со споредбено лимитирани машини, со само неколку гигабајти рам меморија и најчесто 2-4 јадра на процесорот. Но тоа не значи дека треба да се задоволиме со апсолутно лошо осветлување на сцените во нашите омилени компјутерски игри кои би ги направиле тотално нереалистични, туку треба да најдеме паметен и итар начин за да компензираме за помалата моќност.

Слика 1. Голем компјутерски кластер (или фарма за рендерирање) каков што поседуваат големи филмски студија. (авторски права на сликата)

Како што напишавме порано, Виетнамскиот научник Буи Фонг предложил попрост модел на илуминација којшто нема да го зема во предвид рефлектирањето на светлината од објектите за сметка на побрзо време на рендерирање на сликите. За да надомести за ваквата индиректна светлина, тој претпоставува дека постои светлина којашто хомогено и константно се пренесува низ целата сцена. Ваквата светлина тој ја нарекува амбиентна светлина. Ова не е како вистински се пренесува светлината, не зависи од поставеноста на објектот, и дури не ни зависи од тоа каде се наоѓа светлосниот извор (затоа што е константна и хомогена), меѓутоа е потребно за да сликата на крај изгледа пореалистично. Уште една предност на користење на ваквата претпоставка е тоа што сенките од објектите нема да бидат целосно црни, туку ќе бидат помешани со амбиентната боја за пореалистичен приказ. Како пример, Слика 4а прикажува блага монотона сина светлина низ целата сцена.

Втората компонента на Фонговиот модел е земањето во предвид на дифузната рефлексија на светлината. Имено, светлосните фотони коишто паѓаат врз одредена точка на површината се распрскуваат на сите страни подеднакво, како на Слика 2. И според познатиот Ламбертов закон во физиката, колку повеќе светлина паѓа врз површината на нашиот објект, толку повеќе светлина се распрскува насекаде. Ова значи дека доколку светлината е директно над објектот, ќе има најголем интензитет. И колку повеќе го зголемуваме аголот помеѓу светлината и нормалата на објектот, толку помал ќе биде интензитетот. За крај, доколку светлината падне под објектот, тогаш нема да имаме никакво распрскување. За пример, погледнете на Слика 4б. Овдека светлината е од десна страна, и деловите од објектот што се насочени кон истата се најјако осветлени, додека оние кои се насочени на другата страна се темни затоа што светлината не може да стигне до нив.

Слика 2. Дифузна светлина. (превземена од тука)

Сигурно сте забележале дека сите метални објекти имаат некој одблесок (како на Слика 3а) кој ве “следи” – доколку се помрднете, одблесокот се поместува со вас. За да го долови ваквиот “сјај” кај металните или убаво измазнети објекти, последната компонента којашто Фонг ја моделира е спекуларната рефлекција. Ова всушност претставува колку од рефлектираната светлина на објектот паѓа директно во нашите очи, како на Слика 3б. Колку е помал аголот помеѓу окото и рефлексијата, толку e посилна светлината. Токму затоа нам ни се чини дека ваквата светлина не следи и се поместува. Слика 4в го покажува токму ваквиот одблесок од нашиот објект.

Слика 3. (а) Спекуларна рефлекција како што ја среќаваме околу нас и (б) нејзино моделирање. (превземена од тука и тука)

За крај, комбинацијата од овие три компоненти резултира во рендер на објектот како на Слика 4г.

Слика 4. Сите компоненти на Фонговиот модел на илуминација. (превземена од тука)

Воопшто не е лошо, нели? И згора на се, ваквото осветлување може да се калкулира низ целата сцена многу пати во секунда, што ни овозможува реалистичен приказ на сцените во места кадешто ова е потребно, како на пример во компјутерските игри. За жал, овој модел меѓу другото не може да прикаже проѕирни објекти ниту каустика (размислете зошто и ако дојдете до решението пишете ни во коментарите), но во наредниот текст ќе ви покажеме токму како се моделираат овие работи.

Ознаки: , , ,

Споделете ја содржината на социјалните мрежи!

Слични написи:

Напишете коментар

Вашата адреса за е-пошта нема да биде објавена. Задолжителните полиња се означени со *

Пополнете го ова поле
Пополнете го ова поле
Ве молам, внесете валидна адреса за е-пошта.

Мени

Споделете со пријателите