Phong Shading (Normaleninterpolation)

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1 Phong Shading (Normaleninterpolation)
Intensitätsberechnung gemäß des Beleuchtungsmodells für jeden Flächenpunkt Benötigte Normalen durch lineare Interpolation aus den Normalen in den Polygoneckpunkten Normalenberechnung: 1. Berechnung der Eckpunktnormalen im WKOS (Auswertung der Flächenparametrisierung oder Normalenmittelung) 2. Bilineare Interpolation der Normalen für jedes Pixel 3. Normierung • Nd Na Nc Ns Nb Np Nq Variante: - Transformation der WKOS-Normalen in normalisierte Koordinaten - bilineare Interpolation - Rücktransformation der Normalen ins WKOS, Normierung

2 Bewertung: hoher Berechnungsaufwand - 3 Koord. Interpolation - Normierung - Auswertung der Beleuchtungsformel für jedes Pixel gute Reproduktion von Spiegelungen weitere Verringerung des Mach-Band-Effektes Einsetzbar für Animation, da Normalen interpoliert werden Beschleunigungstechniken: bildraumorientiert, z.B. Auswertung der Beleuchtungs- formel nur für jedes zweite Pixel numerisch, z.B. durch Taylor Approximation der Be- leuchtungsformel, Bishop Verfahren benötigt pro Pixel 2 Add. für diffuse R. und 5 Add. + 1 Tabellenzugriff für gerichtete Rücktransformation geometrisch, Phong Schattierung nur in Bereichen, in denen Spiegelungen auftreten Auswertung des Terms < N, H > für eine Anzahl von Polygonpunkten lineare Interpolation der Skalarprodukte (anstatt der Normalen) reproduziert Spiegelung, falls diese nicht vollständig ins Polygoninnere fällt

3 Probleme der interpolatorischen Schattierungsverfahren
Sichtbarkeitslinie erscheint polygonal Perspektivische Verzerrung aufgrund der Interpolation in Geräte-Koordinaten bei der gleichmäßigen Änderung der Intensität von einer scan line zur nächsten bleibt die perspektivische Verkür- zung unberücksichtigt Abhängigkeit von der Orientierung Zerlegung in Dreiecke

4 Unstetigkeiten an nicht gemeinsamen Eckpunkten
• P2 C P1 • P3 • B C ist Eckpunkt von P2, P3 jedoch nicht von P1 Schattierung von Punkt C in P1 durch lineare Inter- polation aus A und B Probleme mit gemittelten Eckpunktnormalen

5 Der Darstellungsprozess (rendering pipeline)
beschreibt die Abfolge der einzelnen Operationen bei der Bilderzeugung 1. Aufbau eines polygonalen Modells 2. Durchführung der Sicht- und Normalisierungs- transformationen 3. Clipping 4. Entfernung von Rückseiten 5. Entfernung verdeckter Flächen 6. Rasterisierung 7. Schattierung (Schatten, Transparenz etc.) geschieht in einem Prozess

6 z-buffer und Gouraud shading
z-buffer und Phong shading Prioritätslistenalgorithmus und Phong shading

7 Schatten: 1. Berechne sichtbare Flächen von Augpunkt, der mit der Lichtquelle zusammenfällt. 2. Berechne sichtbare Flächen von beliebigem Betrachtungspunkt. Schattiere die Flächen nur mit der Hintergrund- intensität, wenn sie gemäß 1 unsichtbar sind Bei mehreren Lichtquellen schattiere nur mit der Intensität der Lichtquellen, die „Sicht“ auf die Fläche haben.

8 refractive transparency: beinhaltet Ablenkung des Licht-
Transparenz: refractive transparency: beinhaltet Ablenkung des Licht- strahls beim Eintritt in das durchscheinende Medium nonrefractive transparency: ignoriert den genannten Effekt nicht realistisch sehr nützliche Darstellungsweise, verzerrungsfreie Sicht auf verdecktes Objekt einfach zu berechnen interpolierende Transparenz x 2 1 z Sichtrichtung •

9 Implementierung im Rahmen eines HSR-Algorithmus:
Prioritätslisten-Algorithmus: die Intensität (Farbe) eines Pixels, das von einem transparenten (d.h. k ) Polygon überschrieben werden soll, wird in die Intensitätsberechnung mit einbezogen z-buffer-Algorithmus: sehr kompliziert, da der z-buffer-Al- gorithmus die Flächen in beliebiger Reihenfolge verarbeitet. Einsatz zusätzlichen Speichers Alternative: screen-door transparency Bei der Verarbeitung eines transparenten Polygons wird ein Transparenzfilter Matrix aus 0, 1 eingeschaltet. Ist der Filter- eintrag 1, so wird das Pixel überschrieben, sonst bleibt das nächstgelegene Polygon aus diesem Pixel sichtbar. Je weni- ger 1er, umso transparenter das Objekt. Nachteil: unerwünschte Wechselwirkungen zwischen Fil- tern möglich z.B. von zwei übereinander liegenden Objekten gleicher Transparenz ist nur eines sichtbar.