Пласке тонування

Пласке тонування – зафарбовування в тривимірній комп'ютерній графіці (затінення), призначено для створення ілюзії гладкої криволінійної поверхні, описаної у вигляді полігональної сітки з плоскими гранями.

Метод Гуро

Даний метод забезпечує деяку зглаженість освітленості в межах однієї грані і візуально виглядає краще методу постійної зафарбовування при несуттєвому збільшенні складності обчислень. Для реалізації методу освітленість обчислюється для кожної вершини грані, використовуючи, наприклад, модель освітленості, описану в методі постійного зафарбовування. Для обчислення значення кожного пікселя грані використовується білінійна інтерполяція: значення освітленості спочатку інтерполюється по ребрах грані, а потім між ребрами грані.ї

Рис. 1

Нехай потрібно обчислити значення освітленості в точці A (рис. 1). Нехай вершині v1 відповідає значення освітленості I1, а вершині v2 - значення освітленості I2. Позначимо шукану освітленість в точці A через IA. Тоді значення освітленості в точці A обчислюється за такою формулою:IA = I1 + (I2 - I1) · (A - v1) / (v2 - v1)Якщо для цієї формули записати рекурентне співвідношення з урахуванням растеризації грані на площину проектування, то обчислення значення освітленості можна значно скоротити, використовуючи інкрементальні методи:IA +1 = IA + C, C = (I2 - I1) / N, де IA +1 - значення освітленості в точці, наступною після точки A по вертикалі; N - значення, яке обчислюється після виконання перспективного перетворення по відношенню до вершин v1 і v2 як модуль різниці між вертикальними координатами (Y) векторів v2 і v1.Для обчислення освітленості в точці C використовується точно така ж формула, але замість вершин v1 і v2 використовуються координати точок A і B, а замість значень освітленостей I1 і I2 використовуються значення освітленостей в точках A і B.Такий підхід дозволяє отримати плавну зміну значення освітленості в межах однієї грані. Однак, метод Гуро має той недолік, що на кордонах граней значення освітленості терпить розрив і візуально не забезпечується плавної зміни значення освітленості на кордонах граней. Ще одним недоліком методу Гуро є те, що освітленість грані залежить від орієнтації грані по відношенню до спостерігача, тобто метод не враховує поворот грані щодо направлення на спостерігача, так як інтерполяція провадиться в межах рядка. Але не дивлячись на це, метод Гуро простий в реалізації і для обчислення значення освітленості кожного пікселя потрібно тільки одне додавання.

Метод Фонга

Для побудови моделі з гладкою функцією освітленості потрібно, щоб для цієї моделі було задано безперервне поле одиничних векторів нормалі, але, так як модель складається з граней, таке поле не може бути задане явним чином. Однак, це поле можна штучно змоделювати, спираючись на нормалі до кожної грані. Суть методу Фонга полягає в тому, що для кожної точки грані обчислюється значення вектора нормалі, використовуючи білінійну інтерполяцію. Таким чином, у методі Фонга інтерполюються значення векторів нормалей, а не значення освітленостей, як у методі Гуро. Для реалізації методу Фонга потрібно мати значення векторів нормалей для кожної вершини грані. Для обчислення значення вектора нормалі n для довільної вершини може використовуватися наступна формула:n = (n1 + n2 +... + nk) / | | n1 + n2 +... + Nk | |, де nk - значення вектора нормалі до k -й грані, якій належить вершина з обчислюваної нормаллю n.Після того, як обчислено значення нормалі для конкретної точки грані, можна обчислити освітленість для цієї точки, використовуючи, наприклад, модель освітленості, описану в методі постійної зафарбовування.

Метод Фонга вимагає набагато більше обчислень для кожного пікселя, ніж метод Гуро (три складання на піксель), однак забезпечує значно кращу якість зображення в порівнянні з методом Гуро. Метод Фонга також усуває недолік методу Гуро - залежність освітленості грані від її положення відносно спостерігача.

59. Методи випромінюваності

Різниця фаз двох сигналів може бути виміряна двома методами: аналоговим і цифровим.

При аналоговому способі шукана величина (інтервал часу між моментами переходу через нуль випромінюваного й прийнятого сигналів) пропорційно перетворюється в іншу величину, що може бути легко виміряна. Перетворення здійснюється безперервно. Вимірювання фази можна звести до вимірювання напруг, якщо різниця фаз за допомогою фазового детектора перетворюється в позитивну чи негативну постійну напругу, що потім компенсується відомою напругою протилежного знаку. Якщо цю напругу подати на синхронний обертальний трансформатор і з'єднати з його ротором цифровий пристрій або градуйований круг, то її можна перетворити безпосередньо у величину різниці фаз.

При цифровому вимірюванні різниці фаз, випромінені й прийняті синусоїдальні сигнали низької частоти перетворюються наприклад за допомогою тригера в прямокутні сигнали (Рис.7.4.).Їх різниця фаз визначається числом імпульсів, що реєструє лічильник. Імпульси можна отримати, наприклад за допомогою спеціального генератора, що запускається переднім фронтом прямокутного сигналу, який відповідає прийнятому сигналу.

Цифрові фазовимірювальні системи мають перевагу і відповідно ширше застосування ніж аналогові.

Вони точніші дозволяють легше автоматизувати процес вимірювань.

60. Трасування променів.

Трасування променів у комп'ютерній графіці є способом створення зображення тривимірних об'єктів чи сцени за допомогою відстеження ходу променя світла крізь точку екрану і симуляції взаємодії цього променя з уявними об'єктами, що підлягають відображенню.

Метод трасування променів забезпечує генерацію зображень фотографічної якості. Вважається, що метод трасування променів дає найбільший можливий ступінь реалізму. При побудові зображення промінь посилається в заданому напрямку для оцінки прихожої відтіля світлової енергії. Ця енергія визначається освітленістю першої поверхні, що зустрілася на шляху. Механізм виникнення освітленості наступний.

Кожне джерело світла випускає промені у всіх напрямках. Потрапляючи на поверхню, промінь частково переломлюється, частково відбивається і частково розсіюється. Проходячи через прозорий матеріал, промінь перетерплює природне ослаблення.

Розрізняють пряме і зворотне трасування променів.

Пряме трасування променів дуже неефективне через те, що початкова точка променю – джерело світла.

61. Фотонні мапи

Фотонні мапи - один з найбільш універсальних і реалістичних алгоритмів, що вирішують завдання обчислення інтеграла освітленості в самому загальному випадку. Фотонні мапи складні як у реалізації, так і в обчислювальному плані. Алгоритм складається з трьох частин: трасування фотонів, побудова фотонної карти і збір освітленості.

Трасування фотонів

Фотони в даному методі - це частинки, що переносять деяку дискретну порцію світлової енергії. На початковому етапі фотони испускаются з джерела світла відповідно до розподілу світлової енергії у даного джерела. Наприклад відомо, що точковий або сферичне джерело світла (наприклад, Сонце) випускають світло изотропно в усіх напрямках. Майданні джерела світла мають косінусоідальное розподіл, що має максимум у напрямку, що збігається з нормаллю до площини джерела і нуль за напрямками, які лежать в цій площині.У процесі трасування, фотони вдаряються про різні поверхні моделі (сцени). Залежно від властивостей матеріалу, з ними можуть відбуватися різні події: фотон може відбитися неуважно, дзеркально, приламатися через поверхню або поглинутися. Лише при розсіяному відображенні, запис про фотоні зберігається в список.

Побудова фотонної карти

На основі списку фотонів, отриманого після етапу трасування фотонів, проводиться побудова фотонної карти у вигляді деякої структури просторового розбиття. Цей етап допоміжний і служить для того, щоб на наступному кроці в довільній точці простору можна було знайти k найближчих фотонів.

Збір освітленості

Після того, як фотонна карта побудована, і ми маємо можливість виконувати швидкий пошук у ній, починається етап збору освітленості в тих точках сцени, які вносять вклад у синтезується зображення. Питання в тому, в яких точках збирати освітленість. Тут можливі різні варіанти. Найреалістичніший метод: використовувати розподілену трасування променів з віртуальної камери з тією відмінністю, що кожен раз при ударі променя про поверхню, необхідно виконати збір освітленості в цій точці: знайти k найближчих фотонів, підсумовувати їх енергію (в простому випадку) і поділити отриману енергію на площа поверхні сфери збору (радіус якої дорівнює відстані до найдальшого фотона). Алгоритм, таким чином, динамічно вибирає радіус збору: там де фотонів багато, радіус збору маленький, де мало - великий. Таким чином зменшується рівень шуму для всього зображення.

62. Конвеєрна обробка графічних даних.

Конвеєрний метод обробки даних дає змогу забезпечити виконання операцій в обчислювальних системах, пристроях в паралельному режимі або режимі збігу. Він базується на тому, що одна і та сама операція повторно виконується над деякими змінними в одиночному потоці даних.

Конвеєрна обробка даних побудована з використанням технології прямого доступу до оперативної пам'яті між вузлами кластера. В АПК «Ортоконвейер» реалізований гнучкий механізм ієрархічного доступу до даних на час обробки, оптимізуючи використання підсистеми зберігання і забезпечує необхідну модель читання-запису для кожної стадії конвеєрної обробки.

Дата добавления: 2015-10-29