5. Lokálne fyzikálne modely
Transparentné lokálne osvetľovacie modely sú najčastejšie využívané pre metódu sledovania lúča. Okrem ambientnej, difúznej a zrkadlovej zložky sa na výslednej farbe podieľa i príspevok lomeného lúča. Všeobecný vzťah má tvar:
,
Ir a It reprezentujú osvetlenie zo smeru odrazu a lomu, fr je smerová funkcia pre odraz, ft je smerová funkcia pre lom a z je funkcia drsnosti povrchu.
Blinnov lokálny osvetľovací model, podobne, ako predchádzajúci, zahŕňa tri základné zložky – ambientnú, difúznu a zrkadlovú. Využijúc poznatky z fyziky a optiky, Blinn navrhol náhradnú formu zrkadlovej funkcie fr(). Jej tvar je nasledovný:
D je distribučná funkcia, popisujúca percento mikroplôšok, ktorých normály sú orientované v smere vektora H (kapitola 10.4.2), Fr je Fresnelova odrazivosť (časť10.2), G reprezentuje geometrický útlmový faktor (10.3). Blinn uviedol tri možné tvary distribučných funkcií. Prvou je Phongova funkcia:
D = (R.L)k, alebo D = (N.H)k.
Druhá distribučná funkcia je založená na gaussovskom rozdelení a je daná vzťahom:
D = exp( -(C1 arccos(N.H))2 ).
Tretia má tvar:
Konštanty k, C1, C2 odvodil Blinn v závislosti od uhla medzi vektormi H a N. Tento uhol označil ako b :
Cook použil ako zdroj informácií spektrálnu krivku materiálu a Fresnelove aproximácie. Hlavný výskum sústredil na fyzikálne zdôvodnenie nezrkadlových maxím pre uhly dopadu blízke 90
o. Na obrázku je znázornená situácia pre Phongov model a pre skutočné namerané hodnoty pre niektoré materiály pre uhol 70o.
Cook zaviedol distribučnú funkciu v tvare:
kde parameter m sa vzťahuje k drsnosti materiálu. Keď m je malé, potom funkcia D nadobúda ostré maximum. Pre Fresnelov činiteľ platí:
,
kde c = L.H, | ![]() |
![]() |
pre odrazivosť m. |
Fresnelove rovnice sú teoreticky dobré a ľahko definovateľné, avšak ich použitie nie je také jednoduché pre realistické počítačové zobrazenie. Príčinou je nedostatok vhodných materiálových dát a výpočtová náročnosť. Na riešenie týchto problémov navrhol Cook aproximačné metódy, zaoberajúce sa dvomi druhmi problémov. Prvým je aproximácia chýbajúcich informácií o materiáloch. Druhým je vhodné umiestnenie Fresnelových rovníc do lokálneho osvetľovacieho modelu.
Dot
era zavedené lokálne osvetľovacie modely nedokázali zohľadniť pomerne bežný jav skutočnosti – zrkadlenie. Whitted sa snažil postrehnúť práve tento jav, zavedením rekurzívneho ray-tracingu do počítačovej grafiky. V bode povrchu, ktorý vyhodnocujeme, zohľadnil informáciu získanú z povrchov nachádzajúcich sa v zrkadlovom a lomenom smere vzhľadom na dopadajúci lúč. Vypočítanie príspevkov týchto prvkov vyžaduje opakovať predchádzajúci postup pre každý z nich.Lokálny osvetľovací model, ktorý prezentoval Hall a Greenberg, je najzložitejší z použitých modelov. Je podobný Blinnovmu osvetľovaciemu modelu, ale naviac zahŕňa osvetlenie zo zrkadlového a lomeného smeru a zoslabenie intenzity pri prechode materiálom. Používa tie isté materiálové vlastnosti ako Blinnov m
odel, pridaná je informácia o zoslabení.