Oświetlenie (grafika komputerowa)

W grafice 3D wierne modelowania rzeczywistego oświetlenia w dużej mierze stanowi o fotorealizmie danej sceny. Rozróżnia się dwa główne podejścia do oświetlenia sceny:

• oÅ›wietlenie lokalne – obliczania zwiÄ…zane z rozkÅ‚adem oÅ›wietlenia sÄ… wykonywane w zależnoÅ›ci od poÅ‚ożenia obserwatora; to podejÅ›cie jest wykorzystywane w ray tracingu;
• oÅ›wietlenie globalne – oÅ›wietlenie jest liczone dla caÅ‚ej sceny.

Spora część efektów świetlnych (takie jak odblaski, odbicia i załamanie światła) ściśle zależy od położenia obserwatora, natomiast oświetlenie globalne dobrze oddaje subtelne cienie. Dlatego obecnie stosuje się rozwiązania hybrydowe.

O realizmie oświetlenia decydują następujące elementy:

• źródÅ‚a Å›wiatÅ‚a;
• charakterystyka powierzchni obiektów trójwymiarowych;
• interakcja Å›wiatÅ‚a z obiektami:
  • rzucanie cienia,
  • odbicie,
  • zaÅ‚amanie,
  • rozszczepianie i skupianie Å›wiatÅ‚a;
• interakcja Å›wiatÅ‚a z otoczeniem – Å›wiatÅ‚o może być tÅ‚umione w oÅ›rodku lub rozpraszane.

[edytuj] Światła

Światła mogą być punktowe lub posiadać pewną powierzchnię. Światła punktowe są stosowane częściej, ponieważ ich model matematyczny jest bardzo prosty, ale niestety dają bardzo ostre, nienaturalne cienie. W świecie rzeczywistym promieniują powierzchnie, dając w efekcie miękkie cienie – modelowanie tego rodzaju źródeł światła jest trudniejsze i bardziej kosztowne obliczeniowo.

Światła mogą promieniować w każdym kierunku, ale również model matematyczny światła może nakładać ograniczenia, np. dając efekt podobny światła latarki (w j. ang. zwane spot lights).

W oświetleniu lokalnym stosuje się również:

• ÅšwiatÅ‚a kierunkowe – okreÅ›la siÄ™ jedynie kierunek, z którego pada Å›wiatÅ‚o; promienie sÄ… do siebie równolegÅ‚e (można w ten sposób symulować np. jaskrawe Å›wiatÅ‚o sÅ‚oneczne).
• ÅšwiatÅ‚o otoczenia – jest to natężenie Å›wiatÅ‚a, jakie "emituje" otoczenie. ZaÅ‚ożenie, że natężenie jest wszÄ™dzie jednakowe rzadko kiedy jest speÅ‚nione w rzeczywistym Å›wiecie.

[edytuj] Charakterystyka powierzchni (cieniowanie)

Charakterystyki powierzchni mogą być oparte na fizycznych podstawach (np. cieniowanie Lamberta, Blinna), albo po prostu dobrze przybliżać wygląd niektórych powierzchni (np. cieniowanie Phonga, metaliczne). Charakterystyki opisują jaki procent światła odbitego trafia do oka obserwatora, w zależności od kąta padania światła na powierzchnię; dodatkowo można określić kolor światła odbitego.

Poza wybraniem charakterystyki powierzchni, obiektowi należy przypisać również kolor lub fakturę. W przypadku powierzchni metalicznych można określić współczynnik odbicia światła, a w przypadku obiektów przezroczystych stopień przezroczystości i współczynnik załamania światła.

Zobacz też: materiał

[edytuj] Oświetlenie w grach komputerowych

Pełne oświetlenie sceny wymaga dużych nakładów obliczeniowych, ale w grach komputerowych (czy bardziej ogólnie: grafice czasu rzeczywistego) dzięki znacznemu rozwojowi kart graficznych możliwe jest uzyskanie niektórych efektów związanych z oświetleniem:

• cieniowanie Lamberta i cieniowanie Phonga,
• cienie,
• odbicia zwierciadlane,
• Å›wiatÅ‚a wolumetryczne,
• przezroczystość bez zaÅ‚amaÅ„.

W grze komputerowej Quake po raz pierwszy użyto oświetlenia globalnego do wyznaczania statycznego oświetlenia, uzyskując dzięki temu duży realizm scen.