CG 11 Iluminacao

Iluminao

Fonte: Material do Prof. Claudio Esperana

e do Prof. Paulo Roma Cavalcanti

Mrcio Bueno

{cgtarde,cgnoite}@marciobueno.com)

Iluminao

Estudo de como a luz

interage com objetos de

uma cena

Emisso

Transmisso

Absoro

Refrao

Reflexo

2 Computao Grfica - Mrcio Bueno

Modelo Fsico

Luz modelada como radiao eletromagntica

Leva em conta todas as interaes (todos os caminhos da

luz)

Intratvel computacionalmente


Modelos de Iluminao

Tipicamente, a luz amostrada em um nmero discreto

de primrias (comprimentos de onda)

Modelos locais (primeira ordem)

Apenas caminhos do tipo fonte luminosa superfcie olhoso tratados

Simples

Ex.: OpenGL

Modelos globais

Muitos caminhos (ray tracing, radiosidade)

Complexos


Modelo de Booknight

Considera apenas a reflexo difusa.

Iluminao recebida em um ponto de uma superfcie refletida

uniformemente em todas as direes

Contribuio proveniente da iluminao recebida de

forma indireta modelada como uma constante.

Baseia-se apenas na reflexo lambertiana.


Iluminao Difusa

Caracterstica de materiais foscos.

Lei de Lambert (fluxo de energia):

a luminosidade aparente da superfcie no depende da

posio do observador, mas apenas do cosseno do ngulo

entre a normal e a direo da luz


Modelo Difuso

Intensidade em um ponto p dada por:

)(cosNL

NLkIkIkIkII ddaaddaap

N

Lp


Iluminao Especular

Simula a reflexo maneira de um espelho (objetos altamente polidos).

Depende da disposio entre observador, objeto e fonte de luz.

Em um espelho perfeito, a reflexo se d em ngulos iguais

Observador s enxergaria a reflexo de uma fonte pontual se estivesse na direo certa.

No modelo de Phong, simulam-se refletores imperfeitos assumindo que luz refletida segundo um cone cujo eixo passa pelo observador.


Modelo de Phong

Contribuio especular dada por

n

ee

n

eepER

ERkIkII )(cos

N

L

R

Ep


Coeficiente de Especularidade

Indica quo polida a superfcie

Espelho ideal tem especularidade infinita

Na prtica, usam-se valores entre 5 e 100


Componentes do Modelo de Phong

Emisso: contribuio que no depende de fontes de luz

(fluorescncia)

Ambiente: contribuio que no depende da geometria

Difusa: contribuio correspondente ao espalhamento da

reflexo lambertiana (independe da posio do

observador)

Especular: contribuio referente ao comportamento de

superfcies polidas


Componentes do Modelo de Phong

n

eeddaap NHkINLkIkII ,,

Difusa Especular Ambiente12

Iluminao em OpenGL

Assume fontes pontuais de luz

Onidirecionais

Spot

Interaes de luz com superfcie modeladas em componentes (modelo de Phong):

Emisso

Ambiente

Difusa

Especular


Iluminao em OpenGL

Suporte a efeitos atmosfricos como:

Fog

Atenuao

Modelo de iluminao computado apenas nos vrtices

dos polgonos.

Suporta Gouraud shading

Cor dos pixels no interior dos polgonos obtida por

interpolao linear.


Fontes de Luz

Para ligar uma fonte: glEnable (source);

source uma constante cujo nome GL_LIGHTi, comeando

com GL_LIGHT0

Quantas? Pelo menos 8, mas para ter certeza:

glGetIntegerv( GL_MAX_LIGHTS, &n );

No esquecer de ligar o clculo de cores pelo modelo de

iluminao

glEnable (GL_LIGHTING);


Fontes de Luz

Para configurar as propriedades de cada fonte: glLightfv(source, property, value);

Property uma constante designando:

Coeficientes de cor usados no modelo de iluminao: GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE, GL_SPECULAR

Geometria da fonte

GL_POSITION, GL_SPOT_DIRECTION, GL_SPOT_CUTOFF, GL_SPOT_EXPONENT

Coeficientes de atenuao GL_CONSTANT_ATTENUATION, GL_LINEAR_ATTENUATION,

GL_QUADRATIC_ATTENUATION


Propriedades de Material

Especificados por

glMaterialfv (face, property, value)

Face designa quais lados da superfcie se quer configurar:

GL_FRONT, GL_BACK, GL_FRONT_AND_BACK

Property designa a propriedade do modelo de iluminao:

GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE, GL_SPECULAR,

GL_EMISSION, GL_SHININESS


Geometria

Alm das propriedades da luz e do material, a geometria

do objeto tambm importante

A posio dos vrtices com relao ao olho e fonte luminosa

contribui no clculo dos efeitos atmosfricos

A normal fundamental

No calculada automaticamente

Precisa ser especificada com glNormal ()


Computando o Vetor Normal

Tringulo

Dados trs vrtices,

Polgono planar

Uma opo usar a frmula do tringulo para quaisquer 3 vrtices Sujeito a erros (vetores pequenos ou quase colineares)

Outra opo determinar a equao do plano ax + by + cz + d = 0

Normal tem coordenadas (a, b, c)

))()((normalizar ACBAn

A

CB


Calculando o Vetor Normal de Superfcies

Implcitas

Normal dada pelo vetor

gradiente

zf

yf

xf

n

zyxf

/

/

/

0),,(

f (x,y,z) = c2

f (x,y,z) = c1

f (x,y,z) = c320 Computao Grfica - Mrcio Bueno

Calculando o Vetor Normal de

Superfcies Paramtricas

u

f

Normal dada pelo

produto vetorial dos

gradientes em relao aos

parmetros u e v

vf

vf

vf

uf

uf

uf

v

f

u

fn

vuf

vuf

vuf

P

z

y

x

z

y

x

z

y

x

/

/

/

/

/

/

),(

),(

),(

v

f

n


Iluminao Ambiente

Componente que modela como uma constante o efeito

da reflexo de outros objetos do ambiente

Depende dos coeficientes GL_AMBIENT tanto das

fontes luminosas quanto dos materiais

ainda possvel usar luminosidade ambiente no

relacionada com fontes luminosas glLightMaterialfv (GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT,

params)

Contribuio dada por

aakIA


Atenuao

Para fontes de luz posicionais (w = 1), possvel definir um fator de atenuao que leva em conta a distncia d entre a fonte de luz e o objeto sendo iluminado

Coeficientes so definidos pela funo glLight ()

Por default, no h atenuao (c0=1, c1=c2=0)

2

210

1

dcdccaten


Juntando tudo

A atenuao s aplicada sobre s componentes difusa e

especular.

A frmula que calcula a cor de um vrtice devida a uma fonte

luminosa i dada por:

iiii SDatenAC

Portanto, no total, a cor dada pela contribuio da iluminao ambiente (parcela no associada com fontes de luz) somada luz emitida e s contribuies Ci

iii SDatenAEAmbC


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