Ombreggiatura Gouraud: Gouraud Shading: illuminare la visione artificiale

Di Fouad Sabry

Che cos'è l'ombreggiatura Gouraud

L'ombreggiatura Gouraud, dal nome di Henri Gouraud, è un metodo di interpolazione utilizzato nella grafica computerizzata per produrre un'ombreggiatura continua delle superfici rappresentate da mesh poligonali. In pratica, l'ombreggiatura Gouraud viene spesso utilizzata per ottenere un'illuminazione continua su mesh triangolari calcolando l'illuminazione agli angoli di ciascun triangolo e interpolando linearmente i colori risultanti per ciascun pixel coperto dal triangolo. Gouraud pubblicò per la prima volta la tecnica nel 1971. Tuttavia, il supporto hardware migliorato per modelli di ombreggiatura superiori ha reso l'ombreggiatura Gouraud in gran parte obsoleta nel rendering moderno.

Come trarrai vantaggio

(I) Approfondimenti e convalide sui seguenti argomenti:

Capitolo 1: Ombreggiatura di Gouraud

Capitolo 2: Ombreggiatura di Phong

Capitolo 3: Riflessione di Phong modello

Capitolo 4: Illuminazione per pixel

Capitolo 5: Vertex normale

Capitolo 6: Rendering (computer grafica)

Capitolo 7: Shader

Capitolo 8: Illuminazione della computer grafica

Capitolo 9: Modellazione poligonale

Capitolo 10: Vertice (computer grafica)

(II) Rispondere alle principali domande del pubblico sull'ombreggiatura Gouraud.

(III) Esempi reali dell'utilizzo dell'ombreggiatura Gouraud in molti campi.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che vogliono andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di Gouraud Shading.

 

 

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 5 mag 2024

Anteprima del libro

Capitolo 1: Ombreggiatura Gouraud

L'ombreggiatura di Gouraud, che prende il nome da Henri Gouraud, è una tecnica di interpolazione impiegata nella computer grafica per generare un'ombreggiatura continua di superfici rappresentate da mesh poligonali. In pratica, l'ombreggiatura di Gouraud viene utilizzata più frequentemente per generare un'illuminazione continua su mesh triangolari calcolando l'illuminazione agli angoli di ciascun triangolo e interpolando linearmente i colori risultanti per ogni pixel coperto dal triangolo. L'approccio è stato inizialmente pubblicato da Gouraud nel 1971.

Una stima della normale alla superficie di ciascun vertice in un modello 3D poligonale viene fornita per ogni vertice o calcolata calcolando la media delle normali di superficie dei poligoni che convergono in corrispondenza di ciascun vertice. Utilizzando queste stime, vengono quindi eseguiti calcoli di illuminazione basati su un modello di riflessione, come il modello di riflessione Phong, per determinare l'intensità del colore dei vertici. Le intensità di colore per ogni pixel coperto dalla mesh poligonale possono quindi essere interpolate dai valori di colore derivati ai vertici.

L'ombreggiatura Gouraud è considerata superiore all'ombreggiatura piatta e richiede molta meno elaborazione rispetto all'ombreggiatura Phong, tuttavia in genere produce un aspetto sfaccettato.

Rispetto all'ombreggiatura Phong, la forza e la debolezza dell'ombreggiatura Gouraud risiede nella sua interpolazione. Se una mesh occupa più pixel nello spazio dello schermo rispetto ai vertici, l'interpolazione dei valori di colore da campioni di costosi calcoli di illuminazione ai vertici richiede meno utilizzo del processore rispetto all'esecuzione del calcolo dell'illuminazione per ogni pixel, come nell'ombreggiatura Phong. Tuttavia, gli effetti di luce altamente localizzati (come le luci speculari, ad esempio il bagliore della luce riflessa sulla superficie di una mela) non verranno renderizzati correttamente, e se un'evidenziazione si trova al centro di un poligono, ma non si diffonde al vertice del poligono, non sarà visibile in un rendering di Gouraud.

Un rendering che dovrebbe avere un'evidenziazione speculare che si sposta uniformemente sulla superficie di un modello rotante rivela immediatamente l'errore. L'ombreggiatura Gouraud fornisce un'evidenziazione che si dissolve costantemente in entrata e in uscita nelle aree vicine del modello, raggiungendo la massima intensità quando l'evidenziazione speculare desiderata si allinea con un vertice del modello. Questo problema può essere risolto aumentando la densità dei vertici dell'oggetto, ma a un certo punto i rendimenti decrescenti di questa strategia renderanno preferibile la conversione a un modello di ombreggiatura più sofisticato.

Una geometria con un'ombreggiatura di Gouraud che assomiglia a una sferica; Si noti il cattivo comportamento dell'evidenziazione speculare.

Un'altra mesh a forma di sfera con un numero di poligoni estremamente grande.

Il lavoro originale di Gouraud descriveva l'interpolazione lineare dei colori, un'alternativa corretta per la prospettiva all'interpolazione lineare utilizzata nelle GPU. Le variazioni lineari e iperboliche dell'interpolazione del colore dai vertici ai pixel sono collettivamente denominate ombreggiatura di Gouraud.

Qualsiasi interpolazione lineare di intensità si traduce in derivate discontinue, che generano bande di Mach, un frequente artefatto visivo dell'ombreggiatura di Gouraud.

{Fine Capitolo 1}

Capitolo 2: Ombreggiatura di Phong

L'ombreggiatura Phong, o interpolazione Phong, è una tecnica di interpolazione per l'ombreggiatura superficiale nella computer grafica 3D, sviluppata dal pioniere della computer grafica Bui Tuong Phong. L'ombreggiatura Phong interpola le normali di superficie su poligoni rasterizzati e calcola i colori dei pixel in base alle normali interpolate e a un modello di riflessione. L'ombreggiatura Phong può anche riferirsi a una particolare combinazione di interpolazione Phong e modello di riflessione Phong.

Bui Tuong Phong ha inventato l'ombreggiatura Phong e il modello di riflessione Phong presso l'Università dello Utah e li ha pubblicati nella sua tesi di dottorato del 1973. Al momento del loro rilascio, gli approcci di Phong erano considerati rivoluzionari, ma successivamente sono diventati la tecnica di ombreggiatura standard per molte applicazioni di rendering. A causa del loro uso tipicamente efficace del tempo di calcolo per pixel prodotto, le tecniche di Phong hanno guadagnato un'ampia accettazione.

L'ombreggiatura Phong fornisce un'approssimazione più accurata dell'ombreggiatura di una superficie liscia rispetto all'ombreggiatura Gouraud. L'ombreggiatura Phong presuppone un vettore normale fluttuante in modo continuo sulla superficie. Se abituato a un modello di riflessione con modeste evidenziazioni speculari, come il modello di riflessione Phong, l'approccio di interpolazione Phong supera l'ombreggiatura di Gouraud.

Quando le luci speculari si trovano al centro di un poligono enorme, l'ombreggiatura di Gouraud presenta la difficoltà maggiore.