8.1. Modeli i osvjetljavanja (empirijski i prijelazni modeli [1-30])

Pitanja koja prate video predavanja:

1. Zašto je osvjetljavanje važno u 3D scenama?
2. Koje su tri osnovne podjele modela osvjetljavanja?
3. Što znači da je neki model osvjetljavanja lokalan ili globalan?
4. Što znači da je neki model empirijski?
5. Zašto se simulacija interakcije svjetlosti i površine samo aproksimira modelima osvjetljavanja?
6. Koji su najčešći oblici izvora svjetlosti?

Phongov model osvjetljavanja

1. Je li Phongov model lokalan ili globalan?
2. Što aproksimira ambijentalna komponenta? Kako je definirana?
3. Koji vizualni učinak dobivamo difuznom komponentom? Kojim je zakonom definirana i kako glasi? Hoće li se izgled površine promijeniti ako pomaknemo očište?
4. Kako je definirana difuzna komponenta? Zašto kosinus kuta ne smije biti negativan? Između kojih se vektora odabire kut?
5. Kako fizikalno intenzitet svjetlosti opada s udaljenosti od izvora? Kako se opadanje intenziteta uvrštava u Phongov model?
6. Kako se stopa opadanja intenziteta može prilagoditi kada scena ne izgleda dovoljno realno?
7. Kako se boja površine uvrštava u Phongov model?
8. Koji vizualni učinak dobivamo zrcalnom komponentom? Kako eksponent utječe na izgled materijala?
9. Kako je definirana zrcalna komponenta? Koja dva vektora definiraju snagu zrcalne komponente?
10. Zašto se često koristi poluvektor u zrcalnoj komponenti? S kojim drugim vektorom zatvara kut koji se uvrštava u zrcalnu komponentu?
11. Za vježbu:
• Definirajte koeficijente refleksije materijala i intenzitet jednobojne 2D zrake svjetlosti (npr. samo komponenta crvene) koja upada pod kutem 30° u odnosu na površinu.
• Odredite intenzitet promatranog prescjecišta ako ga promatramo pod kutem 60° u odnosu na normalu površine.
• Hoće li se intenzitet biti jednak ako koristimo izraz definiran poluvektorom?
• Proučite minilekcije

Postupci sjenčanja

1. Gdje se izračunava intenzitet površine pri konstantnom sjenčanju?
• Kako se taj intenzitet primijenjuje na poligon?
2. Gdje se izračunava intenzitet površine pri Gouradovom sjenčanju?
• Kako je definirana normala vrha?
• Kako se taj intenzitet primijenjuje na poligon?
• Kako se izgled površine razlikuje od konstantnog sjenčanja?
3. Kako biste prepoznali Machov vizualni učinak?
• Je li on svojstvo prikazne jedinice ili ljudskog vida?
• Pri kojem je postupku sjenčanja posebno izražen?
4. Što Phongovo sjenčanje interpolira za razliku od Gouradovog?
• Kako se izgled osjenčane površine razlikuje od Gouradovog sjenčanja?
5. Kako inkrementalni oblik sjenčanja ubrzava postupak interpolacije?
6. Što je anisotropni učinak površine?
7. Utječu li spomenuti postupci sjenčanja na zaobljenost obruba (siluete) objekta?
• Kako se može postići veća zaobljenost obruba?
• Zbog čega postoji rotacijska ovisnost intenziteta sredine četverokuta?
• Hoće li Phongovo sjenčanje pravilno osjenčati kvadratne stepenice?
8. Navedite bar tri informacije o sceni koje se pri odgođenom sjenčanju pohranjuju u G-spremnik?
• Koja tehnika omogućuje istovremenu pohranu više informacija u zasebne teksture?
• Zašto je ova tehnika bolja za sjenčanje većim brojem izvora svjetlosti (ovisi li o broju poligona)?
• Je li tehnika memorijski zahtjevnija od prethodnih?
• Mogu li se njome prikazati providni elementi (staklo)?
9. Za vježbu:
• Koji biste postupak sjenčanja koristili ako želite:
• minimalan računski utrošak?
• osjenčati cilindričan metalni spremnik?
• osjenčati model ploda kruške?
• osjenčati kvadratno kućište računala?
• osjenčati trokutasti navoj vijka?
• Nabrojite bar tri primjera površina za koje iskazuju anisotropni učinak površine.
• Razmislite, kako biste dodavanjem trećeg prolaza iscrtavanja odgođenom sjenčanju omogućili prikaz providnih poligona (staklo, voda, ...). Prisjetite se algoritama iz prethodnog predavanja.
• Proučite minilekcije

Prijelazni modeli osvjetljavanja

1. Kako se komponente Whittedovog modela razlikuju od Phongovog?
• Je li model lokalan?
• Je li ambijentalna komponenta nužna za ovaj model?
2. Koji se algoritam iscrtavanja koristi za Whittedov model?
• Koje se zrake stvaraju kad zraka očišta pogodi površinu?
• Kako se izračunava smjer pojedine zrake?
• Kako znamo da je točka presjecišta u sjeni?
• Kako se računa doprinos intenziteta reflektirane zrake?
• Kada postupak završava?
• Kojim strukturama se umanjuje broj izračuna zraka i poligona?
• Koji je alternativni algoritam iscrtavanja, a koji ovisi o predznačenim funkcijama udaljenosti (SDF)?
3. Koje vizualne učinke možemo ostvariti ovim modelima, a prethodnima nismo mogli?
4. Kako se algoritmom praćenja zrake može umanjiti učinak aliasa? Zašto izbjegavamo raspored zraka po rešetci unutar slikovnog elementa?
5. Kako se može implementirati odabir objekta mišem u slikovnom prostoru bez bacanja zrake?
6. Koje smo vizualne efekte površina obuhvatili prijelaznim modelima osvjetljavanja? Navedite barem dva koja još nismo.
7. Za vježbu:
• Nacrtajte očište, dva kruga, iza njih zid, a iznad svega točkasti izvor svjetlosti. Iz očišta povucite jednu zraku tako da pogodi jedan krug.
• U točki presjecišta skicirajte koje će se zrake generirati ako je krug definiran staklenim materijalom.
• Nastavite postupak praćenja zraka do dubine 3 (najviše tri odbijanja za svaki put između očišta i pojedinog kraja zrake).
• Razmislite zašto pri svakom kontaktu s površinom ispucavamo zraku prema svjetlu, umjesto da samo zbrajamo doprinose intenziteta odbijenih od ostalih površina scene?
• Hoće li vjerojatnije biti da ćete odbijanjem pogoditi točkasti izvor ili reflektorski izvor čije granice dodiruju oba kruga?
• Nacrtajte primjer koračanja duž zrake za proizvoljnu 2D scenu, uz pripadne kružnice i korake.
• Ako umjesto koračanja za vrijednost trenutne udaljenosti od površine koristimo koračanje konstantnim korakom (istom vrijednošću), hoćemo li prije doći do površine scene?
• Hoćemo li konstantnim korakom baš uvijek točno pogoditi površinu scene?