Курсовая работа: Построение изображений ландшафта в реальном времени

_,

где R – расстояние от источника света до рассматриваемой точки поверхности, k – произвольная константа, предотвращающая деление на 0.

Для определения косинуса угла между вектором нормали к поверхности и вектором, определяющим положение источника света в пространстве, следует воспользоваться скалярным произведением. Пусть имеется вектор нормали и две точки – , принадлежащая поверхности, и , определяющая положение источника. Вектор, направленный от точки поверхности к источнику света, имеет следующие координаты: . Тогда

,

,

,

или

.

Следовательно

.

Однако в программе используются, как правило, единичные вектора нормалей, что в данном случае позволяет уменьшить количество требуемых вычислений. В итоге:

,

или, более развернуто,

.

Далее рассматриваются методы закрашивания поверхности, реализованные в данной работе.

2.1.7.1 Однотонная закраска (метод гранения)

Это наиболее простой и требующий наименьших вычислительных ресурсов метод закраски поверхности. Цвет всей поверхности рассчитывается согласно закону Ламберта. В результате, при малом количестве граней, многогранник выглядит именно как многогранник, так как цвета отдельных граней существенно отличаются. Тем не менее, создается эффект объемности изображения.

Метод гранения позволяет получать изображения, сравнимые по качеству с реальными объектами, лишь при выполнении следующих условий:

· источник света находится на большом расстоянии от объекта;

· наблюдатель находится на большом расстоянии от объекта;

· каждая грань тела является гранью многогранника, а не аппроксимирующей поверхностью;

· поверхность аппроксимирована большим числом небольших плоских граней.

Рис. 2.1.7.1.1. Изображение, полученное методом гранения

2.1.7.2 Метод Гуро

Этот метод предназначен для создания иллюзий гладкой криволинейной поверхности, описанной в виде многогранников или полигональной сетки с плоскими гранями. Если каждая плоская грань имеет один постоянный цвет, определенный с учетом отражения, то различные цвета соседних граней очень заметны, и поверхность выглядит именно как многогранник. Казалось бы, этот дефект можно замаскировать с помощью увеличения количества граней при аппроксимации поверхности, Но зрение человека имеет способность подчеркивать перепады яркости на границах смежных граней – такой эффект называется эффектом полос Маха. Поэтому для создания иллюзии гладкости нужно намного увеличить количество граней, что приводит к существенному замедлению визуализации.

Метод Гуро основывается на идее закрашивания плоской грани не одним цветом, а плавно изменяющимися оттенками, вычисляемыми путем билинейной интерполяции цветов примыкающих граней. Закрашивание граней по методу Гуро осуществляется в четыре этапа: