Unidad IV. Iluminación y sombreado

4.1 Relleno de polígonos

Color de relleno

Para elegir el color de los polígonos, basta con hacer una llamada a glColor entre la definición de cada polígono. Por ejemplo, modificando el código que dibujaba dos triángulos:

glBegin(GL_TRIANGLES);

      glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);

      glVertex3f(0.0f,0.0f, 0.0f);

      glVertex3f(2.0f,0.0f, 0.0f);

      glVertex3f(1.0f,1.0f, 0.0f);

      glColor3f(0.0f,1.0f, 0.0f);

      glVertex3f(-1.0f,0.0f, 0.0f);

      glVertex3f(-3.0f,2.0f, 0.0f);

      glVertex3f(-2.0f,0.0f, 0.0f);

glEnd();

Esta modificación provocará que el primer triángulo se pinte en rojo y el segundo en verde. La función glColor define el color de rellenado actual y lleva como parámetros los valores de las componentes RGB del color deseado y, opcionalmente, un cuarto parámetro con el valor alpha. Estos parámetros son flotantes y se mueven en el rango [0.0,1.0]. Con ello se pueden componer todos los colores del modo de video usado en ese instante.

Rellenos de Polígonos en OpenGL.

Es el método que utiliza OpenGL para rellenar de color los polígonos. Se especifica con la función glShadeModel. Si el parámetro es GL_FLAT, ogl rellenará los polígonos con el color activo en el momento que se definió el último parámetro; si es GL_SMOOTH, ogl rellenará el polígono interpolando los colores activos en la definición de cada vértice.

Este código es un ejemplo de GL_FLAT:

glShadeModel(GL_FLAT);

glBegin(GL_TRIANGLES);  

      glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);  // activamos el color rojo

      glVertex3f(-1.0f, 0.0f, 0.0f);

      glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);  // activamos el color verde

      glVertex3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);

      glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);  // activamos el color azul

      glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);

glEnd();

Técnicas de sombreado clásicas y avanzadas

Clásicas: iluminación local

Cálculos de iluminación por vértices

Para aplicar iluminación a un objeto necesitamos asociar un vector normal a cada vértice del objeto.  Cuando tenemos la normal calculada tenemos que normalizarla, o sea, dividir ese vector por su propio modulo para que sea unitario, pero también podemos hacer que se encargue la OpengGl activando la normalización con el comando glEnable GL_NORMALIZE o desactivarla con glDisable GL_NORMALIZE.

El usar GL_NORMALIZE dependerá de nuestra aplicación ya que si forzamos a que sea OpenGl el que las utilice se ralentiza por que le estamos obligando a hacer mas cálculos de los que debe.

Para definir las normales en opengl utilizaremos la función glNormal3f(X,Y,Z) por ejemplo para definir una cara con 4 vértices la definiremos de la siguiente manera:

GlBegin GL_QUADS

glNormal3f nX,nY,nZ

glvertex3f x,y,z

glvertex3f x,y,z

glvertex3f x,y,z

glvertex3f x,y,z

glEnd

Renderizado en Tiempo real

La idea fundamental del procesado en tiempo real es que todos los objetos deben ser descompuestos en polígonos. Estos polígonos serán descompuestos a su vez en triángulos. Cada triángulo será proyectado sobre la ventana bidimensional y rellenado con los colores adecuados para reflejar los efectos de la iluminación, texturas, etc. Una vez se han generado los triángulos, en la pipeline existen dos partes claramente diferenciadas: una primera etapa operaciones realizadas sobre cada uno de los vértices, y después de que éstos se proyecten sobre la ventana, entonces comienza una segunda fase de cálculos realizados para cada pixel cubierto por triángulos.

Iluminación global

•              Considera la luz reflejada por un punto teniendo en cuenta toda la luz que llega

•              No solo procedente de las luces

•              Efectos

–             producen sombras

–             reflexión de un objeto en los otros

–             transparencias

Trazado de Rayos

El trazado de rayos computa la interacción de la luz desde un punto de vista determinado y es particularmente adecuado para superficies reflectantes. Puede utilizarse como propiedad específica de un determinado material.

Radiosidad

Está basado en principios generales que se pueden encontrar en un manual general sobre rendering. En el estadio inicial la escena consta de dos tipos de objetos: objetos que emiten luz y objetos que reciben luz. A partir de aquí, en una primera vuelta, se computa la luz que recibe cada objeto o, en una aproximación más exacta, cada parte de un objeto, según una subdivisión cuya densidad puede precisarse en sucesivas aproximaciones.

Cálculos de iluminación por pixel

La iluminación por píxel en tiempo real es una tecnología revolucionaria ofrecida como primicia por NVIDIA Shading Rasterizer. La iluminación dinámica a nivel de píxel libera a los desarrolladores de las restricciones de otros sistemas de iluminación y pone a su alcance toda una gama de sofisticados efectos. Antes de que el color final del píxel sea decidido, un cálculo de iluminación debe ser computado para sombrear a los píxeles basados en alguna luz que puede estar presente en la escena.

Alto Acabado

Sombreado Constante o plano. Un cálculo para todo el polígono. Obtenemos una intensidad  que aplicamos a un conjunto de puntos de un objeto (p.ej. todo un triángulo). Aceleramos el proceso de síntesis.  Correcto si se verifica: Fuente de luz en el infinito. Observador en el infinito. El polígono representa una superficie plana real del objeto que se modela y no es una aproximación de un objeto curvo.

Sombreado Constante o Plano

 Obtenemos una intensidad que aplicamos a un conjunto de puntos de un objeto

  *Aceleramos el proceso de síntesis

  *Correcto si se verifica.

  * Fuente de luz en el infinito

  *Observador en el infinito

Sombreado de Gouraud

• Es un  método todo incremental que una interpolación de intensidades.

• En cada vértice del polígono se calcula la intensidad. La intensidad de los puntos intermedios se calcula por interpolación bilineal.

Cálculo

 11 Calcular intensidad en los vértices

 1.1. Calcular normal en el vértice: para evitar visualizar las aristas la normal se calcula como la las aristas, la normal se calcula como la media de las normales de polígonos adyacentes.

1.2. Calcular la intensidad del vértice I_v  según el modelo de iluminación de Phong

2. Calcular la intensidad de los puntos interiores p p por interpolación lineal de las de los vértices.

Sombreado de Phong

• Es un método todo incremental que realiza una interpolación de normales (en vez de   interpolación de intensidades).

• En cada vértice del polígono se calcula la normal como media de las normales de los polígonos adyacentes. La normal de los adyacentes. La normal de los puntos intermedios se calcula por  interpolación lineal.

• En cada punto se aplica el modelo de iluminación de Phong.

Cálculo

• 1 Calcular normal en los vértices

– Como en el sombreado de Gouraud, para evitar visualizar las aristas, la normal se calcula como la media de las normales de los polígonos adyacentes.

• 2. Calcular la normal de los puntos interiores por interpolación lineal de las de los vértices.

• 3. Calculo de la intensidad:

– Calcularla en cada punto mediante el modelo de iluminación de Phong.

– Ahora se puede introducir también la reflexión especular

Ray Tracing

En muchas formas, ray tracing es una extensión al enfoque de rendering con un modelo de iluminación local. Está basado en la observación previa que, de los rayos de luz saliendo de una fuente, los únicos que contribuyen a la imagen son aquellos que entran al lente de la cámara sintética y pasan por el centro de proyección.

Buffer Stencil.

Stencill Buffer es una memoria intermedia que analiza y actualiza píxeles (con sus operaciones) junto con “depth buffer” o buffer de profundidad. Añade planos de bits adicionales para cada píxel además de los bits de color y profundidad.

 Stencil buffer es similar al buffer de profundidad en que los dos son colección de planos de bit que no se pueden mostrar. Del mismo modo que el buffer de profundidad asocia a cada píxel de la ventana un valor de profundidad, el stencil buffer asocia su propio valor a cada píxel mostrado. Cuando el buffer de profundidad esta activado los valores de profundidad son usados para aceptar o rechazar fragmentos, del mismo modo los valores de Stencil buffer son usados para aceptar o rechazar fragmentos.

Buffer de Acumulación

Normalmente se usa un buffer de acumulación para unir  dos imágenes

Fuentes de Luz

La luz puede dejar una superficie mediante dos procesos fundamentales:

•              Emisión propia

•              Reflexión

 Normalmente se piensa en una fuente de luz como un objeto que emite luz solo mediante fuentes de energía internas, sin embargo, una fuente de luz, como un foco, puede reflejar alguna luz incidente a esta del ambiente.

 Fuentes de Luz

La luz puede dejar una superficie mediante dos procesos fundamentales:

·         Emisión propia

·         Reflexión

Luz Ambiente

La luz ambiente ilumina por igual todas las zonas en sombra para simular el efecto de interacción entre objetos que hace que las partes en sombra de los objetos queden parcialmente iluminadas.

Spotlights (direccionales)

Los spotlights se caracterizan por un rango delgado de ángulos por los cuales se emite luz. Se puede construir un spotlight sencillo de una fuente de punto limitando los ángulos de donde la luz de la fuente se puede ver. Se puede usar un cono cuyo ápice está en ps, apuntando en la dirección ls, y cuyo ancho está determinado por el ángulo θ.

Fuentes:

http://cannes.itam.mx/Alfredo/Espaniol/Cursos/Grafica/Sombreado.pdf

http://dac.escet.urjc.es/docencia/IG/08-IluminacionSombreado4.pdf

http://sabia.tic.udc.es/gc/Tutorial%20OpenGL/tutorial/cap3.htm