Copyright, 1999 © Marcelo Knörich Zuffo PEE-EPUSP

Visualização CientíficaVisualização Científica

PSI-5760PSI-5760

33aa Aula – Aula – ConceitosConceitos

Básicos de IluminaçãoBásicos de Iluminação

Ementa da AulaEmenta da Aula

• Modelos de IluminaçãoModelos de Iluminação

• Luz AmbienteLuz Ambiente

• Luz DifusaLuz Difusa

• Luz EspecularLuz Especular

• GradienteGradiente

• TransparênciaTransparência

Modelos de IluminaçãoModelos de Iluminação

Representar como as imagens são Representar como as imagens são percebidas pelos nossos olhos.percebidas pelos nossos olhos.

Modelos de IluminaçãoModelos de Iluminação

Para cada píxel será Para cada píxel será associado uma cor RGB e associado uma cor RGB e um valor de profundidade um valor de profundidade (Z-buffer).(Z-buffer).

Iluminação x Iluminação x SombreamentoSombreamento

• IluminaçãoIluminação é o termo usado para é o termo usado para designar a interação entre as fontes de designar a interação entre as fontes de luz e o material, considerando a luz e o material, considerando a geometria do objeto a ser renderizado.geometria do objeto a ser renderizado.

• SombreamentoSombreamento é o processo de realizar é o processo de realizar as computações de iluminação e as computações de iluminação e determinar as cores dos píxeis. determinar as cores dos píxeis.

Fontes de LuzFontes de LuzLuz Pontual

Luz Spot

Direção da Luz

Ângulo de Corte

Fontes de LuzFontes de Luz

Luz Ambiente

Luz Direcional

CoresCores

• Uma cor pode ser um valor Uma cor pode ser um valor na escala de cinzas.na escala de cinzas.

• Uma cor pode ser um vetor Uma cor pode ser um vetor com 3 valores: vermelho, com 3 valores: vermelho, verde e azul (RGB).verde e azul (RGB).

• Quanto maior a faixa de Quanto maior a faixa de valores (tamanho das valores (tamanho das variáveis) maior a variáveis) maior a quantidade de cores quantidade de cores representadas.representadas.

Componente AmbienteComponente Ambiente

• Resultante das reflexões dos raios nas Resultante das reflexões dos raios nas superfícies dos objetos.superfícies dos objetos.

• A componente ambiente é considerada A componente ambiente é considerada constante por toda cena renderizada.constante por toda cena renderizada.

• Isto significa que um objeto irá receber Isto significa que um objeto irá receber alguma quantidade mínima de cor, alguma quantidade mínima de cor, mesmo se não for diretamente iluminado.mesmo se não for diretamente iluminado.

Componente AmbienteComponente Ambiente

• CCaa é a cor da fonte de luz ambiente é a cor da fonte de luz ambiente

• kkaa é uma propriedade do material chamada de é uma propriedade do material chamada de

coeficiente de reflexão ambiente e é um número coeficiente de reflexão ambiente e é um número entre 0 e 1entre 0 e 1

• OOdd é a cor difusa de um ponto no objeto é a cor difusa de um ponto no objeto

• CCAA é a cor resultante da luz ambiente é a cor resultante da luz ambiente

daaA OkCC

Componente DifusaComponente Difusa• Consiste na interação entre fótons e a Consiste na interação entre fótons e a

superfície descrita pela Lei de Lambert.superfície descrita pela Lei de Lambert.

• Para superfícies idealmente difusas a luz Para superfícies idealmente difusas a luz refletida é determinada pelo cosseno entre a refletida é determinada pelo cosseno entre a normal da superfície e o vetor da luz.normal da superfície e o vetor da luz.

• A componente difusa é independente do ponto A componente difusa é independente do ponto de vista, ou seja, a superfície sendo iluminada de vista, ou seja, a superfície sendo iluminada parece a mesma de qualquer ângulo.parece a mesma de qualquer ângulo.

Componente DifusaComponente Difusa

• CCpp é a cor da fonte de luz pontual é a cor da fonte de luz pontual

• kkdd é o coeficiente de reflexão difusa é o coeficiente de reflexão difusa

• OOdd é a cor difusa de um ponto no objeto é a cor difusa de um ponto no objeto

• NN é o vetor normal à superfície no ponto é o vetor normal à superfície no ponto

• LL é o vetor da reta entre o ponto e a fonte de luz é o vetor da reta entre o ponto e a fonte de luz

• CCDD é a cor resultante da luz difusa é a cor resultante da luz difusa

LNOkCC ddpD cos

Componente EspecularComponente Especular

• A componente difusa representa o A componente difusa representa o comportamento das superfícies foscascomportamento das superfícies foscas

• A componente especular representa o A componente especular representa o procedimento reluzente das superfícies e procedimento reluzente das superfícies e faz aparecer brilhos.faz aparecer brilhos.

• Ela descreve o fato que alguns fótons Ela descreve o fato que alguns fótons incidentes tendem a “saltar” em incidentes tendem a “saltar” em determinada direção de reflexão.determinada direção de reflexão.

Componente EspecularComponente Especular xncos

Componente EspecularComponente Especular

• kkss é o coeficiente de reflexão especular e é uma propriedade do é o coeficiente de reflexão especular e é uma propriedade do materialmaterial

• CCpp é a cor difusa de um ponto no objeto é a cor difusa de um ponto no objeto

• RR é o vetor de reflexão normalizado é o vetor de reflexão normalizado

• VV é o vetor do ponto a ser iluminado até o observador é o vetor do ponto a ser iluminado até o observador

• CCSS é a cor resultante da luz especular é a cor resultante da luz especular

Para formar uma distribuição do reflexo o resultado do produto vetorial Para formar uma distribuição do reflexo o resultado do produto vetorial entre R e V é elevado à n-ésima potência, o expoente de reflexão entre R e V é elevado à n-ésima potência, o expoente de reflexão especular.especular.

nsspS VROkCC

Modelo de PhongModelo de Phong

• jj é o índice das fontes de é o índice das fontes de luz e varia de 1 a m.luz e varia de 1 a m.

m

j

n

jssjddpdaaO VROkLNOkCOkCCj

1

coscos

m

jSDAO CCCC

1

http://amath.colorado.edu/faculty/sherod/classes/Color/phong.html

MaterialMaterial

A cor de um A cor de um determinado determinado ponto está ligada ponto está ligada às características às características físicas do material.físicas do material.

GradienteGradiente

i

j k

)()(),,()( k

z

fj

y

fi

x

ffk

zj

yi

xzyxffgrad

czyxf ),,(

TransparênciaTransparência

• Distorções da luz Distorções da luz (refração)(refração)

• Atenuação da luz Atenuação da luz devido à espessura devido à espessura do objeto do objeto transparentetransparente

• Mudanças de Mudanças de transmissão e transmissão e refletividade devido refletividade devido ao ângulo de visãoao ângulo de visão

TransparênciaTransparência

• É necessário a habilidade É necessário a habilidade de juntar a cor do objeto de juntar a cor do objeto transparente com a cor do transparente com a cor do objeto atrás dele.objeto atrás dele.

• Para cada píxel, além da Para cada píxel, além da cor RGB e profundidade, cor RGB e profundidade, um componente de um componente de transparência (transparência () descreve ) descreve o grau de opacidade do o grau de opacidade do objeto.objeto.

Grau de Opacidade (Grau de Opacidade ())

varia entre 0.0 e 1.0.varia entre 0.0 e 1.0.

• 1.0 significa que o objeto é opaco e cobre 1.0 significa que o objeto é opaco e cobre completamente a área de interesse.completamente a área de interesse.

• 0.0 significa que o píxel não está 0.0 significa que o píxel não está obstruído.obstruído.

• Cada píxel coberto pelo objeto receberá Cada píxel coberto pelo objeto receberá uma resultante RGBuma resultante RGB (ou RGBA). (ou RGBA).

Operador Operador overover

• ccss é a cor do objeto transparente é a cor do objeto transparente

• ccdd é a cor do píxel antes da composição é a cor do píxel antes da composição

• ccoo é a cor resultante do objeto é a cor resultante do objeto transparente sobre a cena existentetransparente sobre a cena existente

A equação de composição é A equação de composição é dependente da ordem.dependente da ordem.

dso ccc 1

Ordem front-to-backOrdem front-to-back

iiininout ccc 1

iniinout 1

0.0in0.0inc

repete até o final da cena ou out = 1.0

Projetos do CursoProjetos do Curso

ExemplosExemplos

Alumínio

Bronze

Cromo Aço Inoxidável