„Számítógépes grafika házi feladat tutorial” változatai közötti eltérés

 

Az anyagok amikkel eddig dolgoztunk teljesen diffúzak voltak. A teljesen diffúz anyag egy pontja, konstans megvilágítás mellett mindig ugyan úgy néz ki, akárhonnan, akármilyen szögből is nézzük. A valós anyagok viszont nem mind így viselkednek.

 

Most azzal fogunk foglalkozni, hogy bizonyos anyagokon egy lámpa fénye meg tud csillanni, ha megfelelő irányból nézzük. Ilyen pl. egy lakkozott fa felület. Fontos megjegyezni, hogy ez nem úgy viselkedik mint egy tükör, nem látjuk rajta a tükörképünket, csak egy megcsillanó foltot.

 

A viselkedésének leíráshoz meg kell értenünk, hogy ez a hatás hogy jön létre. A simának tűnő anyag felülete is valójában rücskös mikroszkóppal nézve. De a legtöbb anyagra igaz, hogy egy mérettartomány alatt már simának tekinthető mikro-lapokból (micro facet) épül fel. Ezek a kis lapok teljesen tükrözőnek tekinthetőek, és az anyagról a szemünkbe érkező fény, valójában a megfelelő irányba álló mikro-lapokról visszaverődő fényt jelenti.

 

 

A mikro-lapok iránya normál-eloszlást követ. A várható értékük - nyilván - a felületi normál. A szórásuk viszont az anyag jellemzője, ez legyen egy paraméter. Ha a szórás nagyon nagy, akkor a lapok elhelyezkedése szinte teljesen véletlenszerű, és így minden irányba ugyanannyira tükrözőek, vagyis egy teljesen diffúz anyagot alkotnak. De ha a szórás kicsi... Akkor a lapok nagyobb része fog a normál irányába elhelyezkedni, így ha olyan szögből nézzük az objektumot, hogy ahhoz a visszaverődéshez tartozó normál, amikor a fény a szemünkbe jut, a felületi normál közelébe van, akkor abból az irányból nézve sokkal több fény a szemünkbe fog tükröződni, mint a többi irányból, ilyenkor érezzük azt, hogy az anyag megcsillan.

 

De mit jelent az, hogy a "közelébe"? Mennyire a közelébe? És a normál közelébe mennyivel gyengébb ez a hatás, mint pont a normálban. A lapok irányát egy harang görbe jellemzi. Hogy megtudjuk, hogy abba az irányba a lapok hányadrésze néz, ami a visszatükröződésnek kedvez, be kell helyettesítenünk a normál eloszlás sűrűségfüggvényébe. A képlet nem bonyolult, de van benne egy exponenciális függvény, aminek kiszámítása lassú. Viszont skaláris szorzattal egy koszinuszt ki tudunk számolni, ami egy picit hasonlít a haranggörbére. Ha a koszinusznak vesszük egy polinomját, pl az a*cos(x)^b, azzal nagyon jól közelíteni lehet a haranggörbét.  

 

Az egyik lehetőség, hogy a visszaverődési normál (a fényből a felületi pontba menő, és az abból a szemünk felé mutató egységvektorok átlaga) és a tényleges felületi normál által bezárt szög koszinuszát használjuk. Az előadáson ez szokott elhangozni, mert ez az egyszerűbb módszer, de én egy másik lehetőséget fogok implementálni, mert én azt jobban szeretem.

 

Először is ki kell tudnunk számolni, hogy 'N' normálvektorral rendelkező tükör merre ver vissza egy beérkező 'I' sugarat. A visszavert sugarat jelöljük 'R'-el. Azt tudjuk, hogy a három vektor egy síkban van, és a beesési szög megegyezik a visszaverődési szöggel. De mégse így fogunk számolni, egyszerű vektor műveletekkel is ki lehet fejezni.

 

http://i.imgur.com/RsTWJVC.jpg

 

Próbáld a visszavert sugarat csak a négy alapművelet és a skaláris szorzás segítségével kifejezni.  

 

A legegyszerűbb megoldás:

Ezt felhasználva legyen 'R' (Reflected) legyen a visszaverődő fény iránya, 'V' (View) pedig a felületi pontból a szemünk felé mutató egységvektor. A haranggörbét közelíthetjük e két vektor által bezárt szög koszinuszával is: <code>dot(R, V)</code>. Persze a negatív értékek nekünk nem jók és ennek még a polinómját is kell vennünk.

 

A képlet így <code>specular_power = a * pow(max(0, dot(R, V)), shininess)</code>. Megjegyzés: az 'a' konstans elhagyható, az implicit benne lehet az anyagra jellemző spekuláris színben.

 

A spekuláris anyag egyben diffúz is. A spekuáris megcsillanás (specular_power * specular_color) hozzáadódik a diffúz megvilágításból származó színhez.

 

Például irányfényforrásokra én így implementáltam:

 

Itt se feledkezzünk el az árnyékokról. Szerencsére az árnyékszámítás itt is teljesen ugyan az.

 

A 'shininess' meghatározása teljesen mértékben hasra-ütésre, próbálgatással szokott menni. Én személy szerint a kettőhatvány shinnines értékekkel szoktam először próbálkozni (8 - 16 - 32 - 64 a leggyakoribb nálam), és utána esetleg "finom hangolom" az értéket, az alapján, hogy melyik éréték néz ki jól.

 

A spekuláris megcsillanások nagyon sokat tudnak dobni egy kép hihetőségén.

 

Például: [[Média:Grafpp_raytrace_specular_highlights.cpp‎|Spekuláris megcsillanás egy kockán]]