Гладкое затенение
Модели обычно задаются набором плоских выпуклых граней, хотя большинство реальных трёхмерных предметов имеют гладкие криволинейные поверхности. Таким образом, криволинейная поверхность рисуется как ребристая полигональная сетка; для того, чтобы эта сетка выглядела гладкой, используется тот или иной метод интерполяции освещённости вершин полигональной сетки.
Если используется затенение по Гуро, то расчёт цвета производится в каждой вершине каждой грани, а затем рассчитанный цвет интерполируется по всей грани.
При затенении по Фонгу интерполируется только вектор нормали. Для нахождения вектора нормали в произвольной точке поверхности используют нормированную взвешенную сумму векторов нормали граней, которым эта точка принадлежит:
Вычислительные затраты на затенение по Гуро или по Фонгу зависят соответственно от числа вершин и от числа фрагментов изображения. Современное графическое оборудование использует второй способ, вычисляя цвет каждого фрагмента (т.е. пикселя), а не каждой вершины.
[Править]Модель освещения
Освещение по Фонгу включает в себя также и модель освещения Фонга, т.е. алгоритм расчёта освещения в заданной точке. Это локальная модель освещения, т.е. она учитывает только свойства заданной точки и источников освещения, игнорируя эффекты рассеивания, линзирования, отражения от соседних тел.
Затенение по Фонгу требует сравнительно мало ресурсов, но большинство оптических явлений игнорируются либо рассчитываются с грубым приближением.
Другие модели освещения могут лучше учитывать свойства материала (локальные модели Орена-Наяра, Кука-Торренса, анизотропные модели) или сложные оптические явления (глобальные модели), но ведут к росту накладных расходов.
[Править]Способ расчёта освещения
Расчёт освещения по Фонгу требует вычисления цветовой интенсивности трёх компонент освещения: фоновой (ambient), рассеяной (diffuse) и глянцевых бликов (specular). Фоновая компонента — грубое приближение лучей света, рассеянных соседними объектами и затем достигших заданной точки; остальные две компоненты имитируют рассеивание и отражение прямого излучения.
Иллюстрация различных компонент, соединённых в модели Фонга
где
—
вектор
нормали
—
направление
проецирования
—
коэффициент
фонового освещения
—
коэффициент
зеркального освещения
—
коэффициент
диффузного освещения
[Править]Освещение в OpenGl
В конвейере OpenGL цветовая интенсивность фрагмента рассчитывается для каждого источника света в отдельности, затем результаты складываются. Наконец, к сумме добавляется свет, излучаемый телом (emission), а также фоновое излучение окружающей среды.
Алгоритм расчёта освещения по Фонгу можно проиллюстрировать с помощью следующих шейдеров:
[Править]Вершинный шейдер
varying vec3 n;
varying vec3 v;
void main(void)
{
v = vec3(gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex);
n = normalize(gl_NormalMatrix * gl_Normal);
gl_Position = ftransform();
}
[Править]Фрагментный шейдер
varying vec3 n;
varying vec3 v;
void main(void)
{
vec4 result = vec4(0.0);
for (int li = 0; li < gl_MaxLights; ++li)
{
vec3 l;
if (gl_LightSource[li].position.w != 0.0)
{
l = normalize(gl_LightSource[li].position.xyz - v);
}
else
{
l = normalize(gl_LightSource[li].position.xyz);
}
vec3 e = normalize(-v);
vec3 r = normalize(-reflect(l, n));
vec4 Iamb = gl_FrontLightProduct[li].ambient;
vec4 Idiff = gl_FrontLightProduct[li].diffuse * max(dot(n, l), 0.0);
Idiff = clamp(Idiff, 0.0, 1.0);
vec4 Ispec = gl_FrontLightProduct[li].specular
* pow(max(dot(r, e), 0.0),
gl_FrontMaterial.shininess);
Ispec = clamp(Ispec, 0.0, 1.0);
result += Iamb + Idiff + Ispec;
}
gl_FragColor = gl_FrontLightModelProduct.sceneColor + result;
}