Диффузное отражение | MetodPro.ru

Реклама на сайте

Диффузное отражение


Диффузное отражение света происходит, когда свет как бы проникает под поверхность объекта, поглощается, а затем вновь испускается. При этом положение наблюдателя не имеет значения, так как диффузно отраженный свет рассеивается равномерно по всем направлениям.

Свет точечного источника отражается от идеального рассеивателя по закону косинусов Ламберта: интенсивность отраженного света пропорциональна косинусу угла между направлением света и нормалью к поверхности, т. е.

Id = Il Kd cos q    0 ³ q £ p/2

где Id — интенсивность диффузно отраженного света, Il — интенсивность точечного источника, Kd — коэффициент диффузного отражения (0 ³ Kd £ 1), q  — угол между направлением света и нормалью к поверхности (рис. 1).

 

Рис. 1 Схема диффузного отражения.

Если q > p/2, то источник света расположен за объектом. Коэффициент диффузного отражения Kd зависит от материала и длины волны света, но в простых моделях освещения обычно считается постоянным.

Поверхность предметов, изображенных при помощи модели освещения с ламбертовым диффузным отражением, выглядит блеклой и матовой. Предполагается, что источник точечный, поэтому объекты, на которые не падает прямой свет, кажутся черными. Однако на объекты реальных сцен падает еще и рассеянный свет, отраженный от окружающей обстановки, например от стен комнаты. Рассеянному свету соответствует распределенный источник. Поскольку для расчета таких источников требуются большие вычислительные затраты, в машинной графике они заменяются на коэффициент рассеяния — константу, которая входит в формулу в линейной комбинации с членом Ламберта:

Id = Ia Ka + Il Kd cos q    0 ³ q £ p/2 ,

где Ia — интенсивность рассеянного света, Ka — коэффициент диффузного отражения рассеянного света (0 ³ Ka £ 1).

Пусть даны два объекта, одинаково ориентированные относительно источника, но расположенные на разном расстоянии от него. Если найти их интенсивность по данной формуле, то она окажется одинаковой. Это приводит к тому, что, в случае перекрытия предметов, их невозможно различить.

Интенсивность света обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника, следовательно, объект, лежащий дальше от него, должен быть темнее. В случае перспективного преобразования сцены в качестве коэффициента пропорциональности можно взять расстояние d от центра проекции до объекта. Но если центр проекции лежит близко к объекту, то 1/d2 изменяется очень быстро, т. е. у объектов, лежащих примерно на одинаковом расстоянии от источника, разница интенсивностей чрезмерно велика. Как показывает опыт, большей реалистичности можно добиться при линейном затухании. В этом случае модель освещения выглядит так:

Id = Ia Ka + Il Kd cos q/(d+K),

где К произвольная постоянная, а d - расстояние от центра проекции до объекта.

Если предполагается, что точка наблюдения находится в беско­нечности, то d  определяется положением объекта, ближайшего к точке наблюдения. Это означает, что ближайший объект освещает­ся с полной интенсивностью источника, а более далекие — с умень­шенной. Для цветных поверхностей модель освещения применяется к каждому из трех основных цветов.



Методические пособия

  • Системы автоматизированного проектирования
  • Социология молодёжи
  • Общая социология
  • Криптография
  • Проектирование трансляторов
  • Компьютерная графика
  • Моделирование систем
  • Информационная безопасность
  • Теория вычислительных процессов
  • Логические основы искусственного интелекта
  • Проектирование распределённых информационных систем