Relleno, iluminacion, y sombreado

RELLENO DE POLÍGONOS

     Polígono es una figura básica  dentro de las representaciones y tratamiento de imágenes bidimencionales y su utilización es muy interesante para modelar objetos del mundo real.

     En un sentido amplio, se define como una región del espacio delimitada por  un conjunto de lineas (aristas) y cuyo interior puede estar rellenado por un color o patrón dado.

   
CASOS DE RELLENO SEGÚN SU COMPLEJIDAD

  El caso mas sencillo de relleno es el triangulo.

  Luego sigue el relleno de polígonos convexos de N-lados.

  Relleno de polígonos cóncavos.

MÉTODO DE RELLENO DE POLÍGONOS CON  COLOR

• SCAN-LINE

• INUNDACIÓN

• FUERZA BRUTA

Color homogéneo.

Que está formado por elementos con características comunes referidas a su clase o naturaleza, lo que permite establecer entre ellos una relación de semejanza y uniformidad.

Color Degradado.

En diseño gráfico, un degradado es un rango de colores ordenados linealmente con la intención de dar visualmente una transición suave y progresiva entre dos o más colores.​La mayoría de programas informáticos de retoque fotográfico permiten realizar de forma sencilla degradados con los que rellenar formas y contornos.

Una recreación virtual va más allá del modelado. Sólo cuando la escena contenga una buena variedad de materiales y texturas, así como una iluminación adecuada, conseguiremos la ambientación necesaria para que cada objeto tenga sus propias características que lo distingan de los demás y lo hagan único.

Blender ofrece infinidad de posibilidades para estos fines. Ahora nos vamos a ocupar de las más habituales y que sientan las bases de ediciones más complejas. Igual que ocurre en el modelado, la gran mayoría de las ocasiones se repiten los mismos esquemas por lo que los grandes resultados suelen ser el fruto de usar los recursos correctamente y en el momento adecuado. Es cierto que en estos campos (materiales, texturas e iluminación) sí suelen jugar un papel importante los matices o pequeños trucos que marcan la diferencia entre una recreación buena y otra excelente. Sin embargo en este momento nuestro interés se centra en aprender las bases fundamentales.

Modelos basicos de iluminacion

Una recreación virtual va más allá del modelado. Sólo cuando la escena contenga una buena variedad de materiales y texturas, así como una iluminación adecuada, conseguiremos la ambientación necesaria para que cada objeto tenga sus propias características que lo distingan de los demás y lo hagan único.

Blender ofrece infinidad de posibilidades para estos fines. Ahora nos vamos a ocupar de las más habituales y que sientan las bases de ediciones más complejas. Igual que ocurre en el modelado, la gran mayoría de las ocasiones se repiten los mismos esquemas por lo que los grandes resultados suelen ser el fruto de usar los recursos correctamente y en el momento adecuado. Es cierto que en estos campos (materiales, texturas e iluminación) sí suelen jugar un papel importante los matices o pequeños trucos que marcan la diferencia entre una recreación buena y otra excelente. Sin embargo en este momento nuestro interés se centra en aprender las bases fundamentales.

Tecnicas de sombreado.

INTENSIDAD CONSTANTE

  EN CIERTAS CONDICIONES, UN OBJETO CON SUPERFICIES PLANAS PUEDE SOMBREARSE EN FORMA REALISTA UTILIZANDO INTENSIDADES DE SUPERFICIE CONSTANTES. EN EL CASO DONDE UNA SUPERFICIE SE EXPONE SOLAMENTE A LA LUZ AMBIENTE Y NO SE APLICAN DISEÑOS, TEXTURAS O SOMBRAS DE SUPERFICIE, EL SOMBREADO CONSTANTE GENERA UN A REPRESENTACIÓN EXACTA DE LA SUPERFICIE.

     UNA SUPERFICIE CURVA QUE SE REPRESENTA  COMO UN CONJUNTO DE SUPERFICIES PLANAS PUEDE SOMBREARSE CON INTENSIDADES DE SUPERFICIE CONSTANTE, SI LOS PLANOS SE SUBDIVIDEN LA SUPERFICIE SE HACE LO SUFICIENTEMENTE PEQUEÑOS.

La siguiente figura muestra un objeto modelado con sombreado constante.

  CON ESTE MÉTODO, LA INTENSIDAD SE CALCULA EN UN PUNTO INTERIOR DE CADA PLANO Y TODA LA SUPERFICIE SE SOMBREA CON LA INTENSIDAD CALCULADA. CUANDO LA ORIENTACIÓN ENTRE PLANOS ADYACENTES CAMBIA EN FORMA ABRUPTA, LA DIFERENCIA EN INTENSIDADES DE SUPERFICIE PUEDE PRODUCIR UN EFECTOS ÁSPERO O IRREAL. PODEMOS ALISAR LAS DISCONTINUIDADES DE INTENSIDAD SOBRE CADA SUPERFICIE DE ACUERDO CON ALGÚN ESQUEMA DE INTERPOLACIÓN.

SOMBREADO DE GOURAUD

  ESTE ESQUEMA DE INTERPOLACIÓN DE INTENSIDAD, CREADO POR GOURAUD, ELIMINA DISCONTINUIDADES EN INTENSIDADES ENTRE PLANOS ADYACENTES DE LA REPRESENTACIÓN DE UNA SUPERFICIE VARIANDO EN FORMA LINEAL LA INTENSIDAD SOBRE CADA PLANO DE MANERA QUE LO VALORES DE LA INTENSIDAD CONCUERDEN EN LAS FRONTERAS DEL PLANO. EN ESTE MÉTODO LOS VALORES DE LA INTENSIDAD A LO LARGO DE CADA LÍNEA DE RASTREO QUE ATRAVIESAN UNA SUPERFICIE SE INTERPOLAN A PARTIR DE LAS INTENSIDADES EN LOS PUNTOS DE INTERSECCIÓN DE CON LA SUPERFICIE.

   La siguiente figura demuestra este esquema de interpolación.

ESTE PROCESO SE REPITE CON CADA LÍNEA QUE PASA POR EL POLÍGONO. EN ESTE MÉTODO DE INTERPOLACIÓN  PRIMERO DEBEN APROXIMARSE LAS NORMALES A LA SUPERFICIE EN CADA VÉRTICE DE UN POLÍGONO. ESTO SE LOGRA PROMEDIANDO LAS NORMALES A LA SUPERFICIE PARA CADA POLÍGONO QUE CONTIENE EL PUNTO DE VÉRTICE, COMO SE MUESTRA EN LA SIGUIENTE FIGURA. ESTOS VECTORES NORMALES DE LOS VÉRTICES SE UTILIZAN ENTONCES EN EL MODELO DE SOMBREADO PARA GENERAR LOS VALORES DE INTENSIDAD DE LOS VÉRTICES.

 Un ejemplo de un objeto de sombreado con el método de Gouraud.

SOMBREADO DE PHONG

  ESTE MÉTODO CREADO POR PHONG BUI TUONG TAMBIÉN SE CONOCE COMO ESQUEMA DE INTERPOLACIÓN DE VECTOR NORMAL DESPLIEGA TOQUES DE LUZ MAS REALES SOBRE LA SUPERFICIE Y REDUCE CONSIDERABLEMENTE EL EFECTO DE LA BANDA DE MACH.

Aprecia la franja obscura que aparece justo a la derecha del gradiente, y la franja blanca que aparece justo a  la izquierda de éste.

  EL SOMBREADO DE PHONG PRIMERO INTERPOLA LOS VECTORES NORMALES EN LOS PUNTOS LIMITE DE UNA LÍNEA DE RASTREO. PUEDE HACERSE MEJORAS A LOS MODELOS DE SOMBREADO DE GOURAUD DETERMINANDO LA NORMAL APROXIMADA A LA SUPERFICIE EN CADA PUNTO A LO LARGO DE UNA LÍNEA DE RASTREO Y CALCULANDO DESPUÉS LA INTENSIDAD MEDIANTE EL USO DEL VECTOR NORMAL APROXIMADO EN ESE PUNTO. 

ALGORITMO DE TRAZO DE RAYAS

   PUESTO QUE PODRÍA GENERARSE UN NÚMERO INFINITO DE PUNTOS DE INTENSIDAD SOBRE LAS DIVERSAS SUPERFICIES DE UNA ESCENA, UN BUEN MÉTODO PARA DETERMINAR LAS INTENSIDADES ESPECULARES EN POSICIONES VISIBLES DE LA SUPERFICIE CONSISTE EN TRAZAR RAYAS HACIA ATRÁS DESDE LA POSICIÓN DE VISIÓN HASTA LA FUENTE DE LUZ. COMENZANDO DESDE LA POSICIÓN DE VISIÓN, LA RAYA QUE ATRAVIESA CADA PIXEL EN EL PLANO DE VISIÓN SE TRAZA HACIA ATRÁS A UNA SUPERFICIE DE LA ESCENA TRIDIMENSIONAL. ESTA TÉCNICA, CONOCIDA COMO TRAZO DE RAYAS, SE ILUSTRA EN LA SIGUIENTE FIGURA.

  

   CUANDO SE ENCUENTRAN OBJETOS TRANSPARENTES EN EL PROCESO DEL TRAZO DE RAYAS, LAS CONTRIBUCIONES DE INTENSIDAD DE LA REFLEXIÓN ESPECULAR SE TOMA EN CUENTA. EN UNA SUPERFICIE TRANSPARENTE, LA RAYA SE DIVIDE EN LOS DOS COMPONENTES QUE SE MUESTRAN EN LA SIGUIENTE FIGURA. CADA RAYA SE TRAZA DESPUÉS EN FORMA INDIVIDUAL HACIA SU FUENTE.

  DESPUÉS QUE SE HA PROCESADO UNA RAYA PARA DETERMINAR TODAS LAS CONTRIBUCIONES DE INTENSIDAD ESPECULAR, SE FIJA LA INTENSIDAD DEL PIXEL CORRESPONDIENTE. LA FIGURA SIGUIENTE MUESTRA DOS VISTAS DE UNA ESCENA GENERADA CON TÉCNICAS DE TRAZO DE RAYAS.

SUPERFICIES FRACTALES

   PARA DETERMINAR NIVELES DE INTENSIDAD PARA LOS DIVERSOS PUNTOS DE LA SUPERFICIE DE UN OBJETO FRACTAL SE NECESITA ALGÚN MÉTODO PARA DETERMINAR  LAS NORMALES A LA SUPERFICIE. UN MÉTODO PARA REALIZAR ESTO CONSISTE EN REPRESENTAR A UN FRACTAL COMO UN NÚMERO DE PLANOS PEQUEÑOS CON UN CONJUNTO DE NORMALES A LA SUPERFICIE PARA CADA PLANO.

FRONTERAS DE SUPERFICIES CON ANTI SEUDÓNIMOS

  LAS LÍNEAS Y LAS ARISTAS DE POLÍGONOS PUEDEN ALIARSE CON TÉCNICAS DE ANTI SEUDÓNIMOS QUE AJUSTAN POSICIONES DE PIXELES O BIEN FIJA LAS INTENSIDADES DE LOS PIXELES DE ACUERDO CON EL PORCENTAJE DE ÁREA-PIXEL CUBIERTA EN CADA PUNTO. PUEDEN APLICARSE MÉTODOS DE ANTI SEUDÓNIMOS SEMEJANTES PARA ALISAR LAS FRONTERAS DE UNA ESCENA QUE CONTIENE UN CONJUNTO DE SUPERFICIES.

Interpolado

Sombreado Interpolado:

En lugar de evaluar la ecuación de iluminación para cada pixel, esta se interpola linealmente sobre un triángulo a partir de los valores determinados para sus vértices.

•Se puede generalizar para otro tipo de polígonos.
•A su vez, en lugar de realizar la interpolación para cada píxel, se puede hallar una ecuación de diferencia.
•Esta interpolación no evita la apariencia facetada. Según el objeto a modelar, esto es positivo o no.

Sombreado de malla poligonal
Una superficie curva se puede aproximar a otra facetada (malla poligonal)
No se logran buenos resultados en la interpolación, aunque se trabaje con una densidad alta de polígonos.

Sombreado de Gouraud

Se determinan los valor es de la intensidad en cada punto por interpolación de las intensidades en
los valores de intensidad en los vértices de los polígonos.

1) A cada vértice se le asigna una normal

2) Se calculan las intensidades de los vértices usando algún modelo de iluminación ya visto.
3) Se interpola la intensidad en cada píxel del polígono.

Sombreado de Phong

Se determinan las intensidades en cada punto ut ilizando la interpolación de los vector es normales en los vértices.

• Se calculan las normales en cada vértice.
• Se interpolan las normales par a obtener un vector normal en cada punto.
• Se calcula la int ensidad en cada píxel ut ilizando los vector es obtenidos y el modelo de iluminación escogido.
•Si se utiliza sombreado de Phong con n alto, la diferencia entre Phong y Gouraud puede llegar a ser notable.
•Normalizar un vector es costoso, y aplicar un modelo de iluminación a cada pixel también puede serlo.
Fuentes: