Técnicas de Sombreado Clásicas y Avanzadas

Técnicas de sombreado clásicas y avanzadas

Clásicas: Iluminación local

Cálculos de iluminación por vértices: Es necesario que el cálculo del color se lleve a cabo según las luces encendidas por cada vértice y las propiedades de éste.

Posterior relleno de triángulos: Se llevan a cabo varias fases de procesamiento por pixel. Se comprueba cada pixel es visible o no.

Se modifica el color que corresponde, de acuerdo a la textura o transparencia existentes.

En la última fase, se asignan colores a cada pixel de cada triángulo. Dichos colores deben calcularse por el método de Gouraud, interpolando linealmente entre los colores de cada vértice del triángulo que se está visualizando.

Renderizado en tiempo real: La renderización consiste en generar imágenes a partir de un modelo, utilizando algún software de una computadora. Se utiliza en la producción de imágenes en tres dimensiones para video juegos, diseño computacional, efectos especiales del cine y la TV.

El renderizado en tiempo real es en donde todos los movimientos y cambios de escena se calculan en ese mismo instante, debido a que no son predecibles hasta haber tomado una decisión.

Realistas: Iluminación global

Trazado de rayos: Algoritmo para sintetizar imágenes en 3D. Se basa en el algoritmo de determinación de superficies visibles de Arthur Appel denominado Ray Casting, el cual consiste en determinar las superficies que son visibles en la escena que se quiere sintetizar trazando rayos desde la cámara hasta la  escena a través del plano de la imagen.

Este algoritmo, extiende la idea de trazar rayos para determinar las superficies visibles con un proceso de sombreado que tiene en cuenta efectos globales de iluminación.

Radiosidad: Técnica que calcula el intercambio de luz entre superficies difusas, lo cual se consigue subdividiendo el modelo en pequeñas unidades que se denominan parches, los cuales a su vez, se subdividen en unidades más pequeñas, elementos, los cuales serán la base de la distribución de luz final.

Cálculos de iluminación por pixel: Tecnología ofrecida por primera vez por NVIDIA Shading Rasterizer. Este tipo de iluminación libera a los desarrolladores de restricciones y pone efectos sofisticados al alcance. Antes de asignar un color por pixel, se realiza un cálculo de iluminación mediante un ordenador para sombrear los pixeles basándose en alguna luz presente en la escena.

Alto acabado: Se obtiene una intensidad que es aplicada al conjunto de puntos del objeto, el cual representa una superficie plana del objeto modelado  y no de un objeto curvo.

Sombreado Constante o Plano

Un cálculo para todo el polígono:

El sombreado constante aplica un modelo de iluminación sólo una vez y permite determinar un valor de Iλ , para un polígono.

En el sombreado Interpolado, la información de sombreado se interpola linealmente sobre un triángulo, a partir del valor de sus vértices.

Interpolación de Intensidades (Gouraud).

Este método calcula la intensidad de los pixeles a lo largo de la línea de escaneo por interpolación. Elimina la discontinuidad de la intensidad entre los polígonos que se presenta en el método de sombreado con intensidad constante.

Se requiere hacer los siguientes cálculos por cada polígono:

·         Determinar el vector unitario normal de los vértices, el cual es el promedio de las normales de las caras que comparten el vértice.

·         Calcular la intensidad de cada vértice aplicando el modelo de iluminación.

·         Interpolar linealmente las intensidades sobre las aristas del polígono.

·         Interpolar las intensidades de los pixeles entre las aristas.

Interpolación de Normales (Phong).

Este método  interpola las normales para cada punto de la superficie. Consiste en:

·         Determinar el vector unitario de la normal de los vértices, el cual es el promedio de las normales de las caras que comparten el vértice.

·         Interpolar linealmente las normales sobre las aristas del polígono.

·         Interpolar linealmente las normales de los pixeles entre las aristas.

·         Aplicar el modelo de iluminación a lo largo de cada línea de escaneo para calcular las intensidades de cada pixel.

Ray-Tracing

Recortado de caras traseras

Buffer de profundidad: Mantiene valores de distancia para cada pixel. Cada valor representa la distancia existente al pixel desde la posición de la cámara y se escala para quedar dentro del volumen de trabajo actual. Se utiliza para ejecutar la eliminación de caras ocultas y otros efectos especiales.

Buffer de Stencil: Proporciona funciones para restringir el dibujo en pantalla. Puede usarse para cerrar ciertas áreas de la  pantalla. Una de las aplicaciones más interesante es el sombreado.

Buffer de acumulación: proporciona soporte para muchos efectos especiales como difuminado dinámico y profundidad de campo. Soporta antiescalonado a pantalla completa y menos complejo que los otros buffers.

Fuentes de color: Es posible modelar fuentes de luz, para muchas aplicaciones, en  base a los componentes RGB y puede usarse cada uno de los colores fuentes para obtener el componente de color correspondiente.

Luz ambiente: Proviene de una fuente que ha sido disipada por el entorno y no se puede determinar su dirección. Cuando una luz ambiente golpea una superficie, se disipa en todas direcciones.

Spotlights (direccionales): Se caracterizan por un rango de ángulos por los que se emite luz. Puede construirse un spotlight sencillo de una fuente de punto limitando los ángulos de donde la luz fuente se puede ver.

Fuentes de luz distantes: Simula una luz situada a gran distancia del objeto iluminado, Sus parámetros son:

·         Acimut que  es donde se define el ángulo de la dirección de la fuente de luz.

·         Elevación que define el ángulo en grados de la dirección de la fuente de luz por encima del plano.