Модели освещения в компьютерной графике часто представляют собой аппроксимации законов физики, описывающих эффекты освещения поверхности. Чтобы сократить объем вычислений, в большинстве пакетов используются эмпирические модели, основанные на упрощенных фотометрических расчетах. В таких более точных моделях, как алгоритмы диффузного отражения, для вычисления интенсивности света рассматривается распространение энергии излучения от источника света до различных поверхностей сцены. В последующих разделах рассматриваются базовые модели освещения, часто используемые в системах компьютерной графики; затем обсуждаются более точные, хотя и более сложные, методы определения внешнего вида освещенных поверхностей. Кроме того, разбираются различные алгоритмы визуализации поверхности, позволяющие использовать модели освещения для эффективного отображения природных сцен.
ИСТОЧНИКИ СВЕТА
Любой объект, излучающий энергию, является источником света, дающим вклад в эффекты освещения других объектов сцены. При моделировании источников света им можно придавать различные формы и характеристики, и большинство излучателей (источников излучения) служат только для формирования освещения сцены. Впро-
Рис. 10.1. Лучи, расходящиеся от точечного источника света чем, в некоторых приложениях может потребоваться объект, являющийся одновременно источником и отражателем света. Например, пластмассовый шар, окружающий электрическую лампочку, и излучает, и отражает свет, поступающий от нее. Впрочем, данный шар можно также смоделировать как полупрозрачную поверхность, окружающую источник света. Однако для таких объектов, как большая панель дневного света, удобнее будет описать поверхность просто как комбинацию излучателя и отражателя.
Для того чтобы определить источник света, используется множество свойств. Можно задать его положение, цвет излучаемого света, направление излучения и форму источника. Если источник, к тому же, является светоотражающей поверхностью, для него следует задать параметры отражающих свойств. Кроме того, можно указать, что источник света излучает в разных направлениях свет различных цветов. Например, источник света излучает красный свет с одной стороны и зеленый - с другой.
В большинстве приложений, особенно в сфере отображения на экран в реальном времени, используются простые модели источников света, позволяющие избежать громоздких вычислений. Чтобы указать свойства излучаемого света, задается по одному значению для каждого 1ШВ-компонента, а их объединение описывает величину, или интенсивность, данного цветового компонента. Подробно параметры цвета и модели источников света описаны в главе 12.
ТОЧЕЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА
Простейшая модель объекта, излучающего световую энергию, - это точечный источник света, имеющий один цвет, заданный тремя 1ШВ-компонентами. Чтобы задать для сцены точечный источник света, указывается его положение и цвет излучаемого света. Как показано на рис. 10.1, лучи света генерируются вдоль радиально расходящихся лучей, начинающихся в одноцветной точке-источнике. Подобная модель излучателя разумно аппроксимирует источники, размеры которых малы по сравнению с размером объектов на сцене. Кроме того, большие излучатели можно моделировать как точечные, если они расположены не слишком близко к сцене. Отметим, что положение точечного излучателя в модели освещения используется для того, чтобы определить, какие объекты на сцене освещаются этим источником, и рассчитать направление света к выбранной точке поверхности объекта.