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BCC327 - Computação Gráfica17 - Iluminação e Sobreamento
Rodolfo Ayala Lopes Costa
Departamento de ComputaçãoInstituto de Ciências Exatas e Biológicas
Universidade Federal de Ouro Preto
11 de Junho de 2018
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Cronograma da Aula
Iluminação
Conceitos básicosEmissoresReflexãoSombreamentoIluminação no OpenGL
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Realismo Visual
Rendering - Realismo Visual
Fases do processo de Rendering:
Construção do modelo (modelagem dos objetos)Aplicação de transformações lineares (projeções e perspectivas)Eleminação de polígonos ou fases escondidasRecortes (clipping)RasterizaçãoHiddenIluminação presente nas cenas
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Realismo Visual
Rasterização
Rasterização é o processo de conversão da representação vetorialpara a matricial
Ela permite realizar a conversão de um desenho tridimensionalqualquer em uma representação inteira possível de serarmazenada na memória (de vídeo ou impressão)
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Realismo Visual
Rasterização
Rasterização de Retas:
Algoritmo de Bresenham
Rasterização de Polígonos:
Técnica de Alastramento
Técnica de Varredura (Scan-line)
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Realismo Visual
Remoção de Linhas e Superfícies Escondidas - AlgoritmoZ-Buffer:
É o algoritmo mais simples e popular
Requer a alocação de até dois buffers, ou matrizes, em memória
Dimensões dos buffers são idênticas à tela de apresentação
Normalmente denominados buffers de Imagem e de Profundidade
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Realismo Visual
Recorte:
Popularmente chamado de clipping
Quando especificamos uma janela no espaço do objeto queremos exibirsomente dos objetos que estejam no seu interior
Naturalmente alguns objetos estarão parcialmente visíveis
A operação que determina quais partes dos objetos planares estãovisíveis na janela é denominado recorte
Algoritmo de Cohen-Sutherland
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Iluminação
Conceitos Iniciais
Um modelo de iluminação em Computação Gráfica define:
a natureza da luz emanada por uma fonte
sua interação com todos os objetos da cena
Sombreamento está diretamente relacionado a manipulação da luzdentro de modelo de iluminção em Computação Gráfica
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Iluminação
Conceitos Iniciais
Luzes são ondas eletromagnéticas capazes de serem captadas pelavisão humana:
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Iluminação
Conceitos Iniciais
Quanto a emissão de luz, os objetos podem ser classificados como:
Fontes de luz própria
Lâmpadas, lanternas, fogos, sol, etc
Refletores
Objetos coloridos e propriedades de sua superfície
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Iluminação
Emissores
Podemos classificar as luzes como:
Ambiental
Direcional (Direct Light)
Pontual (Omni)
Refletora (Spot Light)
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Iluminação
Emissores
Emissores - Luz Ambiental:
Ilumina igualmente todas as superfícies do ambiente
Posição da câmera não é importante
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Iluminação
Emissores
Emissores - Luz Direcional (Direct Light):
Raios paralelos e com mesma intensidade
Simula os raios solares
Seu efeito é percebido dependendo da orientação da superfície
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Iluminação
Conceitos Iniciais
Emissores - Luz Pontual (Omni):
Emite luz em todas as direções
Atinge os objetos com diferentes direções e intensidades
Iluminação do objeto varia de uma parte para outra, dependendo dadireção e da distância da fonte de luz
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Iluminação
Emissores
Emissores - Luz Refletora (Spot Light):
Semelhante à puntual, porém os raios de luz são emitidos na forma deum cone, apontado para uma direção
A intensidade da luz diminui conforme o raio de luz se distancia dafonte
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Iluminação
Reflexão
A maioria dos objetos ao nosso redor não emite luz própria
Reflete a radiação neles incidente em diferentes comprimentos de onda
Modelo de Reflexão:
Ambiente
Difusa
Especular
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Iluminação
Reflexão - Ambiente
A luz atinge as superfícies igualmente em todas as direções apartir de uma fonte difusa não direcional
Em ambientes reais, superfícies que não são iluminadasdiretamente mas sim por luzes geradas por reflexão de outrassuperfícies
A quantidade de luz refletida depende das propriedades dassuperfícies
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Iluminação
Reflexão - Difusa
A luz é refletida em diferentes direções
Reflexão em objeto com saliências ou foscos
Intensidade proporcional à orientação relativa entre incidência de luz ea superfície do objeto
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Iluminação
Reflexão - Especular
O ângulo de reflexão é igual ao de incidência
Superfícies polidas, lustradas ou brilhantes
Gera brilho com a cor da luz
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Iluminação
Reflexão
Comparação: Ambiente x Difusa x Especular
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Iluminação
Reflexão
Comparação: Difusa x Especular
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Sombreamento
Sombreamento (Shading)
Simula o efeito de diferentes intensidades de iluminação sobre umobjeto
Também conhecido como tonalização
Utiliza as características das fontes de luz e dos objetos para ocálculo da tonalização
Inviabilidade da modelagem de todos os conceitos físicosenvolvidos
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Sombreamento
Sombreamento (Shading)
Modelo de Iluminação Constante (Flat)
O cálculo da reflexão da luz é feito apenas uma vez por superfície
Solução mais simples e rápida
Resulta em uma aparência facetada
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Sombreamento
Sombreamento (Shading)
Modelo de Iluminação de Gouraud
O cálculo da reflexão da luz é feita em cada vértice e cada face éresultado do gradiente entre os vértices
Interpolação para cálculo dos demais pontos
Sombreamento mais suave, mais demorada
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Sombreamento
Sombreamento (Shading)
Modelo de Iluminação de Gouraud
O cálculo da reflexão da luz é feita em cada vértice e cada face éresultado do gradiente entre os vértices
Interpolação para cálculo dos demais pontos
Sombreamento mais suave, mais demorada
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Sombreamento
Sombreamento (Shading)
Modelo de Iluminação de Phong
Calcula a interpolação linear dos vetores normais
Produz efeitos mais realistas e é ainda mais demorado
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Sombreamento
Resumo dos Modelos de Iluminação
Determinam quando avaliar a equação correspondente aomodelo de reflexão:
uma única vez a cada face do objeto (Flat)
para cada vértice das faces (Gouraud)
para cada ponto das faces (Phong)
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Sombreamento
Modelo de Iluminação Global
Ray-Tracing
Ideia básica consiste em simular o caminho percorrido pelo raios de luzque se originam nas fontes de luz e atingem o olho
Para tornar o método mais eficiente, o processo consiste em simular osraios em sentido contrário, isto é, simular os raios que saem do olho eatingem alguma fonte de luz
Rodolfo Ayala Lopes Costa (UFOP) BCC327 - Computação Gráfica 11 de Junho de 2018 28 / 30
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Iluminação no OpenGL
Iluminação no OpenGL
Definindo os modelos de iluminação (Flat e Gouraud):
glShadeModel(GLenummode);
GL_FLAT
GL_SMOOTH
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Iluminação no OpenGL
Iluminação no OpenGL
A iluminação é resultado das propriedades especificadas para as fontesde luz e das propriedades dos materiais que constituem os objetos
Fontes de Luz:
glLightModefv(GLenum pname, TYPE *param)
glLightfv(GLenumlight, GLenum pname, TYPE *param)
Objetos:
glMaterialfv(GLenum face, GLenum pname, TYPE *param)
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