relleno iluminacion de poligonos
4.1 Relleno De Poligonos
RELLENO DE POLÍGONOS
Polígono es una figura básica dentro de las representaciones y tratamiento de imágenes bidimencionales y su utilización es muy interesante para modelar objetos del mundo real.
En un sentido amplio, se define como una región del espacio delimitada por un conjunto de lineas (aristas) y cuyo interior puede estar rellenado por un color o patrón dado.
CASOS DE RELLENO SEGÚN SU COMPLEJIDAD
El caso mas sencillo de relleno es el triangulo.
Luego sigue el relleno de polígonos convexos de N-lados.
Relleno de polígonos cóncavos.
MÉTODO DE RELLENO DE POLÍGONOS CON COLOR
- SCAN-LINE
- INUNDACIÓN
- FUERZA BRUTA
- PATRÓN
SCAN-LINE
Fila a fila van trazando lineas de color entre aristas.
- para scan-line que cruce el polígono se busca en la intersección entre las lineas de barrido y las aristas del polígono.
- Dichas intersecciones se ordenan y se rellenan a pares.
LINEA DE BARRIDO
Es valido para polígonos cóncavos como convexos. Incluso para si el objeto tiene huecos interiores.
Funcionan en el trozo de lineas horizontales, denominadas lineas de barridos, que intersectan un numero de veces, permitiendo a partir de ella identificar los puntos que se consideran interiores al polígono.
INUNDACIÓN
- Empieza en un interior y pinta hasta encontrar la frontera del objeto.
- Partimos de un punto inicial (x,y), un colo de relleno y un color de frontera.
- El algoritmo va testeando los píxeles vecinos a los ya pintados, viendo si son frontera o no.
- No solo sirven para polígonos, sino para cualquier área curva para cualquier imagen AE se usan los programas de dibujo.
FUERZA BRUTA
- Calcula una caja contenedora del objeto.
- Hace un barrido interno de la caja para comprobar c/pixel este dentro del polígono.
- Con polígonos simétricos basta con que hagamos un solo barrido en una sección y replicar los demás pixeles.
- Requiere aritmética punto-flotante, esto lo hace preciso y costoso.
RELLENO MEDIANTE UN PATRÓN
Un patrón viene definido por el área rectangular en el que cada punto tiene determinado color o novel de gris. Este patrón debe repetirse de modo periódico dentro de la región a rellenar. Para ello debemos establecer una relación entre los puntos del patrón y los pixeles de la figura. En definitiva debemos determinar la situación inicial del patrón respecto a la figura de tal forma que podamos establecer una correspondencia entre los pixeles interiores al polígono y los puntos del patrón.
ALTERNATIVAS PARA LA SITUACIÓN INICIAL DEL PATRÓN
Consiste en situar el punto asociado a la esquina superior izquierda del patrón en un vértice del polígono.
- Considerar la región a rellenar en toda la pantalla y por lo tanto el patrón se citua en el origen de esta (esquina superior izquierda).
EJEMPLO DE SCAN-LINE
- Encontrar las intersecciones de los scanlines en el polígono.
- Almacenar las intersecciones en alguna estructura de datos ET (edge table), de manera ordena ascendiente en Y y en X en buckets.
- Rellenar los spans usando la estructura.
- Usar algún criterio de paridad para saber cuando un intervalo debe ser rellenado o no.
En diseño gráfico, un degradado (o un gradiente de color) es un rango de colores ordenados linealmente con la intención de dar visualmente una transición suave y progresiva entre dos o más colores.1La mayoría de programas informáticos de retoque fotográfico permiten realizar de forma sencilla degradados con los que rellenar formas y contornos.
En el software informático, los degradados se constituyen mediante una progresión de colores que operan en el espacio de color (RGB o CMYK habitualmente) desde el primero hasta el segundo, en los que se va reduciendo progresivamente el porcentaje del primer color y se va aumentando proporcionalmente en la misma medida el porcentaje del segundo color.
También es posible generar degradados en el canal alfa, lo que permiten una transición de un color sólido cualquiera a una transparencia.
4.2 Modelos basicos de iluminacion
Una escena de animación se ilumina mediante unas propiedades globales (Luz ambiente) así como por diferentes puntos de luz (Luz puntual) que emulan otros tantos tipos de “lámparas”. Los cálculos matemáticos que se realizan con estos parámetros, aplicados a la geometría que define la escena, se asocian con el concepto de “Modelos de iluminación“.
Phong, Lambert, Fressnell, Minnaert, Toon, Oren-Nayar, Toon etc son algunos de los nombres con los que normalmente se referencian algunos de los principales modelos de iluminación.
No es necesario entender los modelos en profundidad para su uso artístico en las herramientas de creación de imagen sintética, pero es recomendable un conocimiento básico que permita entender cómo se forman las imágenes para poder anticipar resultados en su aplicación.
Phong, Lambert, Fressnell, Minnaert, Toon, Oren-Nayar, Toon etc son algunos de los nombres con los que normalmente se referencian algunos de los principales modelos de iluminación.
No es necesario entender los modelos en profundidad para su uso artístico en las herramientas de creación de imagen sintética, pero es recomendable un conocimiento básico que permita entender cómo se forman las imágenes para poder anticipar resultados en su aplicación.
El modelo de Phon es sencillo matemáticamente y permite obtener imágenes muy correctas. Los modelos basados en trazados de rayos permiten imágenes más brillantes y realistas en determinados campos de aplicación. Otros conceptos como la energía radiante de los cuerpos permiten abordar el problema bajo ópticas muy diferentes que aportan nuevas características a las imágenes.
La exploración de algunos conceptos básicos puede darnos una visión diferente de la acción que producen las fuentes de luz sobre un objeto de la escena. La idea de qué es un brillo o por qué se produce una sombra permiten ir introduciendo el modelo matemático básico sin esfuerzo. Iremos profundizando en cada uno de estos artículos siempre desde las ideas más simples, nuestro objetivo es entender o hacernos una idea aproximada de cómo se determina cada cálculo en los modelos más elementales.
Puntos de Luz
Cada punto de luz (L) se define con diferentes parámetros:- intensidad
- color
- alcances mínimo y máximo
- modelo de atenuación de la intensidad
- parámetros de las sombras arrojadas y recibidas
- direccionalidad del haz de rayos …
Un plano por ejemplo tiene en todos los puntos de su superficie la misma “dirección normal”, son paralelas, mientras que en el caso de una esfera todas las perpendiculares pasan por su centro, y abarcan a todas las posibles direcciones del espacio.
Ya tenemos las tres letras básicas de nuestro alfabeto básico para empezar a relacionar los objetos y luces con la imagen que obtenddremos al “renderizar” la escena, es decir, cuando el programa convierte los objetos y datos en una simple imagen o una completa animación.
Intensidad de iluminación
La intensidad de la luz en cada punto depende de diferentes factores. Por supuesto el primer factor será la intensidad que tenga la lámpara (potencia de la bombilla), pero hay otros factores que lo condicionan.
Cuanto mayor sea la distancia entre el punto de luz y el objeto menor será la aportación de ese punto de luz a dicho objeto.
Otro factor que influirá notablemente será la dirección en la que se reciba la luz.
Aparece un ángulo importante en este modelo, el que forma el rayo de luz (L) con la normal (N) a la superficie (ángulo alfa).
Si nos imaginamos un haz de luz como un cilindro que parte del punto de iluminación podemos entender la dependencia entre el ángulo alfa y la intensidad de luz que llega a un punto.
El cilindro tiene un espesor y en consecuencia cubre un área (dA) que al incidir en la superficie se convierte en el área iluminada. Su tamaño depende del ángulo alfa.
Podemos comprobar el efecto descrito en casa: si inclinamos una linterna, su luz sobre el suelo cambia de forma y su intensidad decrece con la distancia.
El nuevo área iluminada es la del cilindro dividida por una función, el coseno de alfa. Esta sencilla ecuación nos muestra cómo se distribuye una energía radiante (lumínica) sobre una superficie dependiendo de su inclinación. A mayor superficie iluminada, menor intensidad, luego al aumentar alfa disminuye la “cantidad de luz” que llega a cada punto.
Lo importante es que el área iluminada cambia con una expresión matemática que nos relaciona el ángulo con la intensidad que se recibe en la superficie, variando por tanto en función de dónde situemos estos puntos en la escena. ¿Cerca o lejos? ¿Más arriba o más abajo? ¿Con mayor o menor intensidad (potencia) cada punto de luz?
4.3 TECNICAS DE SOMBREADO
INTENSIDAD CONSTANTE
EN CIERTAS CONDICIONES, UN OBJETO CON SUPERFICIES PLANAS PUEDE SOMBREARSE EN FORMA REALISTA UTILIZANDO INTENSIDADES DE SUPERFICIE CONSTANTES. EN EL CASO DONDE UNA SUPERFICIE SE EXPONE SOLAMENTE A LA LUZ AMBIENTE Y NO SE APLICAN DISEÑOS, TEXTURAS O SOMBRAS DE SUPERFICIE, EL SOMBREADO CONSTANTE GENERA UN A REPRESENTACIÓN EXACTA DE LA SUPERFICIE.
UNA SUPERFICIE CURVA QUE SE REPRESENTA COMO UN CONJUNTO DE SUPERFICIES PLANAS PUEDE SOMBREARSE CON INTENSIDADES DE SUPERFICIE CONSTANTE, SI LOS PLANOS SE SUBDIVIDEN LA SUPERFICIE SE HACE LO SUFICIENTEMENTE PEQUEÑOS.
La siguiente figura muestra un objeto modelado con sombreado constante.
CON ESTE MÉTODO, LA INTENSIDAD SE CALCULA EN UN PUNTO INTERIOR DE CADA PLANO Y TODA LA SUPERFICIE SE SOMBREA CON LA INTENSIDAD CALCULADA. CUANDO LA ORIENTACIÓN ENTRE PLANOS ADYACENTES CAMBIA EN FORMA ABRUPTA, LA DIFERENCIA EN INTENSIDADES DE SUPERFICIE PUEDE PRODUCIR UN EFECTOS ÁSPERO O IRREAL. PODEMOS ALISAR LAS DISCONTINUIDADES DE INTENSIDAD SOBRE CADA SUPERFICIE DE ACUERDO CON ALGÚN ESQUEMA DE INTERPOLACIÓN.
SOMBREADO DE PHONG
ESTE MÉTODO CREADO POR PHONG BUI TUONG TAMBIÉN SE CONOCE COMO ESQUEMA DE INTERPOLACIÓN DE VECTOR NORMAL DESPLIEGA TOQUES DE LUZ MAS REALES SOBRE LA SUPERFICIE Y REDUCE CONSIDERABLEMENTE EL EFECTO DE LA BANDA DE MACH.
Aprecia la franja obscura que aparece justo a la derecha del gradiente, y la franja blanca que aparece justo a la izquierda de éste.
EL SOMBREADO DE PHONG PRIMERO INTERPOLA LOS VECTORES NORMALES EN LOS PUNTOS LIMITE DE UNA LÍNEA DE RASTREO. PUEDE HACERSE MEJORAS A LOS MODELOS DE SOMBREADO DE GOURAUD DETERMINANDO LA NORMAL APROXIMADA A LA SUPERFICIE EN CADA PUNTO A LO LARGO DE UNA LÍNEA DE RASTREO Y CALCULANDO DESPUÉS LA INTENSIDAD MEDIANTE EL USO DEL VECTOR NORMAL APROXIMADO EN ESE PUNTO.
ALGORITMO DE TRAZO DE RAYAS
PUESTO QUE PODRÍA GENERARSE UN NÚMERO INFINITO DE PUNTOS DE INTENSIDAD SOBRE LAS DIVERSAS SUPERFICIES DE UNA ESCENA, UN BUEN MÉTODO PARA DETERMINAR LAS INTENSIDADES ESPECULARES EN POSICIONES VISIBLES DE LA SUPERFICIE CONSISTE EN TRAZAR RAYAS HACIA ATRÁS DESDE LA POSICIÓN DE VISIÓN HASTA LA FUENTE DE LUZ. COMENZANDO DESDE LA POSICIÓN DE VISIÓN, LA RAYA QUE ATRAVIESA CADA PIXEL EN EL PLANO DE VISIÓN SE TRAZA HACIA ATRÁS A UNA SUPERFICIE DE LA ESCENA TRIDIMENSIONAL. ESTA TÉCNICA, CONOCIDA COMO TRAZO DE RAYAS, SE ILUSTRA EN LA SIGUIENTE FIGURA.
CUANDO SE ENCUENTRAN OBJETOS TRANSPARENTES EN EL PROCESO DEL TRAZO DE RAYAS, LAS CONTRIBUCIONES DE INTENSIDAD DE LA REFLEXIÓN ESPECULAR SE TOMA EN CUENTA. EN UNA SUPERFICIE TRANSPARENTE, LA RAYA SE DIVIDE EN LOS DOS COMPONENTES QUE SE MUESTRAN EN LA SIGUIENTE FIGURA. CADA RAYA SE TRAZA DESPUÉS EN FORMA INDIVIDUAL HACIA SU FUENTE.
DESPUÉS QUE SE HA PROCESADO UNA RAYA PARA DETERMINAR TODAS LAS CONTRIBUCIONES DE INTENSIDAD ESPECULAR, SE FIJA LA INTENSIDAD DEL PIXEL CORRESPONDIENTE. LA FIGURA SIGUIENTE MUESTRA DOS VISTAS DE UNA ESCENA GENERADA CON TÉCNICAS DE TRAZO DE RAYAS.
SUPERFICIES FRACTALES
PARA DETERMINAR NIVELES DE INTENSIDAD PARA LOS DIVERSOS PUNTOS DE LA SUPERFICIE DE UN OBJETO FRACTAL SE NECESITA ALGÚN MÉTODO PARA DETERMINAR LAS NORMALES A LA SUPERFICIE. UN MÉTODO PARA REALIZAR ESTO CONSISTE EN REPRESENTAR A UN FRACTAL COMO UN NÚMERO DE PLANOS PEQUEÑOS CON UN CONJUNTO DE NORMALES A LA SUPERFICIE PARA CADA PLANO.
FRONTERAS DE SUPERFICIES CON ANTI SEUDÓNIMOS
LAS LÍNEAS Y LAS ARISTAS DE POLÍGONOS PUEDEN ALIARSE CON TÉCNICAS DE ANTI SEUDÓNIMOS QUE AJUSTAN POSICIONES DE PIXELES O BIEN FIJA LAS INTENSIDADES DE LOS PIXELES DE ACUERDO CON EL PORCENTAJE DE ÁREA-PIXEL CUBIERTA EN CADA PUNTO. PUEDEN APLICARSE MÉTODOS DE ANTI SEUDÓNIMOS SEMEJANTES PARA ALISAR LAS FRONTERAS DE UNA ESCENA QUE CONTIENE UN CONJUNTO DE SUPERFICIES.
4.3.1 INTERPOLADO
interpolar una imagen es cambiar su tamaño en píxeles o resolución, es decir, inventarse información (convertir una malla de 4x4 píxeles a 6x6 por ejemplo), por lo que, por norma general, y siempre que se interpole al alza, es perder calidad en la imagen, a no ser que se use un buen software para conseguir una buena ampliación..
supongo yo que si te viene una resolución en píxeles interpolados del tipo 10 mpix, significará que aunque la cámara tenga un sensor de 8 mpix, te dará la opción de convertirla o interpolarla hasta 10 mpix, similar a cuando te intentan vender un escáner con una resolución muy alta, la que te cuentan suele ser interpolada, es decir, inventada.
lo que yo me miraría sería tamaños de sensor, mpix del sensor para hacerme una idea, dado que sólo a partir de lo real sabes la calidad y tamaño que puedes conseguir, creo yo que sería mucho mejor trabajar el máximo real de cámara y, si quisiera una copia grande, usar un software específico, los hay realmente buenos por lo que he oído
4.3.2 GOURAUD
ESTE ESQUEMA DE INTERPOLACIÓN DE INTENSIDAD, CREADO POR GOURAUD, ELIMINA DISCONTINUIDADES EN INTENSIDADES ENTRE PLANOS ADYACENTES DE LA REPRESENTACIÓN DE UNA SUPERFICIE VARIANDO EN FORMA LINEAL LA INTENSIDAD SOBRE CADA PLANO DE MANERA QUE LO VALORES DE LA INTENSIDAD CONCUERDEN EN LAS FRONTERAS DEL PLANO. EN ESTE MÉTODO LOS VALORES DE LA INTENSIDAD A LO LARGO DE CADA LÍNEA DE RASTREO QUE ATRAVIESAN UNA SUPERFICIE SE INTERPOLAN A PARTIR DE LAS INTENSIDADES EN LOS PUNTOS DE INTERSECCIÓN DE CON LA SUPERFICIE.
La siguiente figura demuestra este esquema de interpolación.
ESTE PROCESO SE REPITE CON CADA LÍNEA QUE PASA POR EL POLÍGONO. EN ESTE MÉTODO DE INTERPOLACIÓN PRIMERO DEBEN APROXIMARSE LAS NORMALES A LA SUPERFICIE EN CADA VÉRTICE DE UN POLÍGONO. ESTO SE LOGRA PROMEDIANDO LAS NORMALES A LA SUPERFICIE PARA CADA POLÍGONO QUE CONTIENE EL PUNTO DE VÉRTICE, COMO SE MUESTRA EN LA SIGUIENTE FIGURA. ESTOS VECTORES NORMALES DE LOS VÉRTICES SE UTILIZAN ENTONCES EN EL MODELO DE SOMBREADO PARA GENERAR LOS VALORES DE INTENSIDAD DE LOS VÉRTICES.
Un ejemplo de un objeto de sombreado con el método de Gouraud.
4.3.3 PHONG
En gráficos 3D por ordenador, el modelo de reflexión de Phong es un modelo de iluminación y sombreado que asigna brillo a los puntos de una superficie modelada. Fue desarrollado por Bui Tuong Phong en su tesis de doctorado de la Universidad de Utah, titulada "Illumination for Computer Generated Pictures" (Iluminación para gráficos generados por ordenador) en 1973, al mismo tiempo que desarrolló un método de interpolación para calcular el brillo asignado a cada píxel en un modelo de superficie. Esta técnica de interpolación recibe el nombre de sombreado de Phong, incluso cuando se usa con un modelo de iluminación distinto del de Phong.
La reflexión de Phong es un modelo empírico de iluminación local. Describe la forma en que una superficie refleja la luz como una combinación de la reflexión difusa de las superficies rugosas con la reflexión especular de las superficies brillantes. Se basa en la observación informal de Phong de que las superficies brillantes tienen pequeños reflejos especulares intensos, mientras que las superficies opacas tienen grandes reflejos que se caen de forma más gradual. El modelo también incluye un término ambiental para dar cuenta de la pequeña cantidad de luz que se dispersa en toda la escena.
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