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08B-Beleuchtung.md

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Beleuchtung und Schattierung

Welche Materialeigenschaften haben Einfluss auf die Farbe eines Objektes?

  • Struktur / Textur / Oberfläche
  • Spiegelung / Lichtbrechnung
  • Glanz / Matt
  • Transparenz
  • Farbe

Wie funktioniert das Standardbeleuchtungsmodell?

  • üblicherweise wird ein vereinfachtes Beleuchtungsmodell verwendet
  • da ein physikalisch korrektes Beleuchtungsmodell relativ aufwendig zu berechnen ist
  • Das Modell simuliert diffuse und spiegelnde Reflektion
  • Raytracing und Radiosity werden für aufwendigere Beleuchtungsmodelle verwendet

Wie funktioniert eine diffuse Reflektion (Lambert Modell)?

  • gleichmässige Abstrahlung des Lichts in alle Richtungen
  • Eigenschaften eines matten, nicht glänzenden Materials

Wie verändert sich die Energie auf eine Fläche, abhängig vom Winkel?

die Energie ist proportional zum Cosinus zwischen Lichtrichtung und Flächennormalen

Wie wird die diffusen Reflektion berechnet?

$I_d = I_L * k_d * cos \phi$ mit $cos \phi = \vec{N} * \vec{L}$

  • $N$ die Flächennormale
  • $L$ die Richtung zur Lichtquelle
  • $I_d$ die reflektierte Intensität
  • $I_L$ die Intensität der Lichtquelle
  • $k_d$ eine Reflexionskonstante ($\Rightarrow$ siehe ein paar Fragen weiter)

Wie funktioniert eine spiegelnde Reflektion (Phong Modell)?

  • Simulation der Spiegelung auf glänzenden Oberflächen, wie Plastik, Metall oder lackiertes Holz
  • die Intensität des Lichts nimmt mit $cos^n \phi$ ab, \newline wobei $\phi$ der Winkel zwischen der idealen Reflektionsrichtung und der betrachteten Richtung ist

Wie wird die spiegelnde Reflektion berechnet?

$I_s = I_L * k_s * cos^n \phi$

  • $n$ steuert wie scharf die Abbildung ist (je grösser desto schärfer)
  • $k_s$ eine Reflexionskonstante ($\Rightarrow$ siehe ein paar Fragen weiter)

Wie setzt sich ein Spiegelungsmodell meistens zusammen?

  • einen spiegelnde (Lambert) Teil - Bsp. 30%
  • einen diffusen (Phong) Teil - Bsp. 50%

Wie setzt sich die Farbe der Reflexion zusammen?

  • die Reflektionskonstanten $k_d$ und $k_s$ hängen von der Wellenlänge ab
  • im einfachen Modell werden sie durch Konstanten für die Farben rot, grün und blau bestimmt

Wie könntent die Reflexionskonstanten für ein rote Kugel und ein weisses Licht sein?

  • $k_d = (0.7, 0.0, 0.0)$
  • $k_s = (0.3, 0.3, 0.3)$
  • $L = (1.0, 1.0, 1.0)$

Wie wird die Abschwächung des Lichts gehandhabt?

  • die Energie des Lichts nimmt mit dem Quadrat des Abstands ab, \newline dadurch werden die Objekte allerdings schnell zu dunkel
  • häufig findet deshalb das folgende, flexiblere Modell Verwendung $\newline f_{Att} = \dfrac{1}{c_1 + c_2 d + c_3 d^2}$

Welche Arten von Lichtquellen gibt es?

\begin{figure}[H] \includegraphics[width=\textwidth]{images/08B-lichtquellen.png} \end{figure}

Was ist eine Schattierung?

bestimmt an welchen Orten die Beleuchtung berechnet wird

Welche Arten Schattierung unterscheidet man?

  • Konstante Schattierung
    • pro Polygon wird nur eine Farbe berechnet
    • Eignet sich nicht für gekrümmte Objekte
  • Gouraud Schattierung
    • Berechnung der Farbe an jedem Eckpunkt des Polygons
    • Lineare Interpolation der Farbe im Innern des Polygons
  • Phong Schattierung
    • Interpolation des Normalenvektors im Innern des Polygons
    • Beleuchtungsberechnung für jeden Pixel

\begin{figure}[H] \includegraphics[width=0.8\textwidth]{images/08B-schattierungen.png} \end{figure}