LINK http://www.sc.ehu.es/ccwgamoa/docencia/Material/Presentaciones >> Representación << Iluminación y Luces Puntuales (en un punto de una superficie) LINK http://www.sc.ehu.es/ccwgamoa/docencia/Material/Presentaciones Rep.Iluminación A. García-Alonso

Luz en un punto de una superficie Sumandos básicos y propiedades: I = Ia+Id+Is Intensidad de luz luminosa procedente de un punto de la superficie: I = luz ambiente + reflexión difusa + reflexión especular Parámetros: fuente de luz, material de la superficie Naturaleza de la luz : espectro y componentes RGB Fuentes de luz puntual Inicialmente se consideran fuentes ideales: puntuales Direccionales y locales Foco (ángulo de corte, atenuación lateral, ...) Atenuación con la distancia “foco de luz” término equívoco No consideramos la luz que llega a una superficie procedente de : fuentes de luz de área finita (todos los que existen, naturales –fuego, sol, luna- o artificiales –incandescentes, fluorescentes-) Otras superficies (todas las superficies están enviando luz), del hecho de que envían luz en algunos casos nos damos más cuenta: espejos, superficies brillantes –suelo, elementos metálicos pulidos,...- Diferencia en la iluminación entre una habitación pintada en blanco y una pintada de color oscuro. Rep.Iluminación A. García-Alonso ver nota

Tres componentes I = Ia + Id + Is Luz ambiente Ia Reflexión especular Is θ Rayo reflejado totalmente Reflexión difusa Id Rayo incidente Reflexión difusa absorbe la energía y la reenvía en todas las direcciones (el color de la luz emergente depende de las propiedades del material) Reflexión especular, la energía no es absorbida, rebota (el rayo reflejado es del mismo color que el incidente, no depende de las propiedades del material) Luz ambiente (volver sobre figuras iniciales) Rep.Iluminación A. García-Alonso ver nota

Reflexión difusa : consideración Factores en la reflexión difusa [ volver sobre el ejemplo práctico inicial ] Intensidad de la fuente de luz Material (claro u oscuro) Posición de la fuente de luz Orientación de cada elemento de área de la superficie ACM educational set 1991 Copyright P-I-X-A-R En Foley II.30, pero aquí con modelo de superficies Rep.Iluminación A. García-Alonso

Reflexión difusa: consideración La luz recibida por unidad de área es función de su orientación (π/2)-θ dA · cos θ θ n l dA Rep.Iluminación A. García-Alonso

Reflexión difusa : formulación Id = Ip · Kd · cos  = Ip · Kd · (n . l) (cfr. Ley de Lambert) Ip : intensidad de la luz emitida por una fuente de luz puntual Kd : coeficiente reflexión difusa del material [0.0, 1.0] Superficie oscura : Kd es próximo a 0 (absorbe luz) Superficie clara : Kd es próximo a 1 (reenvía la luz)  : ángulo definido por dos vectores [0.0, π /2] n : normal a la superficie l : vector desde un punto de la superficie a la luz Angulo fuera de ese intervalo  cara no iluminada (“trasera”) Si n y l son unitarios cos θ = n . l θ n l Rep.Iluminación A. García-Alonso

Reflexión especular: consideración Factores en la reflexión especular Intensidad de la luz ( Ip ) Material ( Ks exponente “s” ) Posición relativa del ojo ( cos α ) ACM educational set 1991 Copyright P-I-X-A-R En Foley II.33 Rep.Iluminación A. García-Alonso

Reflexión especular: consideración θ n α n n “s” pequeño, superficie mate “s” grande, superficie brillante La luz reflejada se dispersa en el entorno del rayo reflejado. La intensidad de la luz reflejada disminuye al aumentar el ángulo α que forma el rayo con la dirección de reflexión. La intensidad recibida en el ojo será función de coss α (ver figura 16.10 en Foley ó figura 14.17 en Hearn). Rep.Iluminación A. García-Alonso

Reflexión especular: consideración Valores de “s” sugeridos en OpenGL Otras propiedades (Ks) ver en “materials_values.htm” Goma negra 10.0 Cobre 12.8 Bronce 25.6 Latón 27.9 Cobre bruñido 51.2 Oro Bronce bruñido 76.8 Oro bruñido 83.2 Plata bruñida 89.6 I α r I = K · coss α s = 10.0, 51.2, 89.6, ∞ Rep.Iluminación A. García-Alonso

Reflexión especular: formulación Is = Ip · Ks · coss α (cfr. Leyes de Fresnel) Ip : intensidad de la luz emitida por una fuente de luz puntual Ks la cantidad de luz reflejada varía según el material [0.0, 1.0] s determina la dispersión de la luz reflejada α : es el ángulo definido por los vectores n y r n : normal a la superficie v : vector desde el punto de la superficie hacia el “ojo” “s” es denominado por Foley “n”, Hearn “ns”, en OpenGL GL_SHININESS θ n l r v α Rep.Iluminación A. García-Alonso ver nota

Reflexión especular: formulación r, simétrico de l v, n y l son unitarios 2 · n´ = r + l  r = 2 ·(n.l) · n – l y como, cos α = r . v  cos α = (2 ·(n.l) · n – l) . v n´= (n.l) · n l r n Rep.Iluminación A. García-Alonso

Reflexión especular: consideración La intensidad de la luz reflejada varía al cambiar el ángulo de incidencia θ. Y también depende del material (cfr. Hearn, Figura 14-15), pero se suele considerar constante para cada material: Ks superficie mate ("dull") es próximo a 0.0 superficie brillante como un espejo próximo a 1 Ks()  90º 1.0 0.5 plata oro dieléctrico θ n r l Rep.Iluminación A. García-Alonso

Luz ambiente: consideración Pondera la emisión entre superficies “Truco” para evitar áreas oscuras en los objetos Iluminación (mínima) constante para toda la escena No da pista sobre abombamiento de las superficies: siluetas Se puede asignar una iluminación “básica” y uniforme, normalmente muy tenue, a todos los puntos de una superficie. De este modo se tiene en cuenta, de un modo muy simplificado, la “luz ambiente”, aquella que llega a las superficies, desde paredes y otras superficies que no generan luz, pero “iluminan” con la luz que reflejan ACM educational set 1991 Copyright P-I-X-A-R En Foley II.28 Rep.Iluminación A. García-Alonso ver nota

Luz ambiente: formulación I = Ia · Ka Ia : intensidad de “luz ambiente” Ia= [0.0, 1.0] Depende de la escena: "cantidad" de superficie en la escena si las superficies en la escena son muy reflectantes o poco se suele ajustar a "ojo" para lograr que la iluminación de las superficies sea la deseada, normalmente entre 0.1 y 0.3 Ka : propiedad del material Ka = [0.0, 1.0] Se suele usar la misma que para Kd Rep.Iluminación A. García-Alonso

Espectro luminoso Energía, espectro, color Rep.Iluminación From HyperGraph Energía, espectro, color Rep.Iluminación A. García-Alonso

Componentes RGB Colores primarios Cubo de color Rep.Iluminación http://www.cyberglitz.com/primer.htm http://ubista.ubi.pt/~dfis-wg/sgml/html/color/2/colors.html Rep.Iluminación A. García-Alonso

Componentes RGB 0-255, 0.0-1.0, 8 bits/canal Los tres canales en las propiedades de las fuentes de luz y los materiales IR = IaR · KaR + IpdR · KdR · cos  + IpsR · KsR · coss α IG = IaG · KaG + IpdG · KdG · cos  + IpsG · KsG · coss α IB = IaB · KaB + IpdB · KdB · cos  + IpsB · KsB · coss α Nota : en teoría “el color” de la luz ambiente está determinado por los colores dominantes de las superficies de la escena. Sin embargo, se suele considerar luz blanca ( IaR = IaG = IaB ) Nota: Hearn y Foley identifican Ipd y Ips (Ip), en cambio, OpenGL los distingue (también es frecuente considerar luz blanca y usar un valor idéntico de intensidad para los tres canales RGB). Rep.Iluminación A. García-Alonso

Luces : direccional / local / spot Observar la no proyección de sombras : La luz “atraviesa” los objetos Rep.Iluminación A. García-Alonso

Luces: local, direccional Fuente de luz local (local or positional) Situada en un punto del espacio Se define por : Coordenadas del punto Intensidad Emite de modo uniforme en todas las direcciones Fuente de luz direccional (o en el infinito) Se supone situada en el infinito El vector l es constante Es la más usada porque reduce el el número de operaciones http://www.best.com/~rikk/Book/ Rep.Iluminación A. García-Alonso

Luces: foco (spot) Es una luz local a la que se añade: Una dirección del foco (eje orientado) Los rayos de luz del foco se atenúan al separarse del eje A partir de cierto ángulo no se propagan rayos http://www.best.com/~rikk/Book/ Rep.Iluminación A. García-Alonso

Múltiples luces (formulación) Si hay múltiples fuentes de luz i =1,n (número de luces puntuales en la escena) IR = IaR · KaR + Σ ( IdRi · cos  ) · KdR + Σ ( IsRi · coss α ) · KsR IG = IaG · KaG + Σ ( IdGi · cos  ) · KdG+ Σ ( IsGi · coss α ) · KsG IB = IaB · KaB + Σ ( IdBi · cos  ) · KdB + Σ ( IsBi · coss α ) · KsB Notas : Se tendrían que tener en cuenta también los parámetros debidos en las luces de tipo foco Rep.Iluminación A. García-Alonso

Atenuación con la distancia I = Ia + fat(d) · (Id + Is) Se aplica sólo en luces locales d distancia : fuente de luz - punto de la superficie fat(d) = min [ 1, 1/ ( a + b · d + c · d2 ) ] función de atenuación, se eligen los tres parámetros (a, b, c) más adecuados Rep.Iluminación A. García-Alonso