Técnicas de sombreado clásicas y avanzadas

Clásicas: iluminación local

Son luces que no son extensas, como las reales, sino inextensas, puntuales. Y se relacionan con los objetos como mónadas aisladas, sin tener en cuenta la interacción entre ellos.

• Cálculos de iluminación por vértices
• Para aplicar iluminación un objeto necesitamos asociar un vector normal a cada vértice del objeto.  Cuando tenemos la normal calculada tenemos que normalizarla, pero también podemos hacer que se encargue la OpengGl activando la normalización con el comando glEnable GL_NORMALIZE o desactivarla con glDisable GL_NORMALIZE.

• Posterior relleno de triángulos
• En esta etapa se trata de asignar colores a los pixels correspondientes al interior de cada triángulo proyectado que cae dentro del área de visualización. Los colores asignados deben calcularse por el método de Gouraud, interpolando linealmente entre los colores de los tres vértices.

• Renderizado en tiempo real
• La idea fundamental del procesado en tiempo real es que todos los objetos deben ser descompuestos en polígonos. Estos polígonos serán descompuestos a su vez en triángulos. Cada triángulo será proyectado sobre la ventana bidimensional y rellenado con los colores adecuados para reflejar los efectos de la iluminación, texturas, etc.

Realistas: iluminación global

Son sencillos y rápidos pero proporcionan imágenes muy simples, que no representan adecuadamente el modo en que la luz ilumina los objetos y los espacios. Los métodos principales que existen en la actualidad son ray tracing y radiosity.

• Trazado de rayos
• Se encarga de computar la interacción de la luz desde un punto de vista determinado y es particularmente adecuado para superficies reflectantes. Se traza un rayo desde la posición del observador a través de cada uno de los píxeles del plano de proyección.

• Radiosidad
• Es un conjunto de técnicas para el cálculo de la iluminación global que tratan de resolver el problema básico del transporte de la luz, donde sólo se puede modelar de forma óptima considerando que cada fuente luminosa emite un número enorme de fotones.

• Cálculos de iluminación por pixel
• Antes de que el color final del píxel sea decidido, un cálculo de iluminación debe ser computado para sombrear a los píxeles basados en alguna luz que puede estar presente en la escena.

• Alto acabado
• Un cálculo para todo el polígono. Obtenemos una intensidad  que aplicamos a un conjunto de puntos de un objeto. Aceleramos el proceso de síntesis.  El polígono representa una superficie plana real del objeto que se modela y no es una aproximación de un objeto curvo.

Sombreado Constante o Plano

Se obtiene una intensidad que se aplica a un conjunto de puntos de un objeto.

Interpolación de Intensidades (Gouraud)

Se basa en la interpolación de intensidad o color. Considera que facetas planas vecinas proceden de aproximar una superficie curva. Elimina en gran medida las discontinuidades de iluminación.

Interpolación de Normales (Phong)

Se basa en la interpolación de la dirección de la normal. Igual que en Gouraud, se interpola a lo largo de cada línea de barrido. Captura mejor los brillos especulares en el medio de facetas planas.

Ray-Tracing

Es una extensión al enfoque de rendering con un modelo de iluminación local. Está basado en la observación previa que, de los rayos de luz saliendo de una fuente, los únicos que contribuyen a la imagen son aquellos que entran al lente de la cámara sintética y pasan por el centro de proyección. 

Buffer de Profundidad

Se utiliza para eliminar las partes de los objetos que quedan ocultas tras los objetos, o partes del mismo objeto, más cercanos al observador.

Buffer de Stencil

Es una memoria intermedia que analiza y actualiza píxeles (con sus operaciones) junto con “depth buffer” o buffer de profundidad. Añade planos de bits adicionales para cada píxel además de los bits de color y profundidad. 

Luz Ambiente

Ilumina por igual todas las zonas en sombra para simular el efecto de interacción entre objetos que hace que las partes en sombra de los objetos queden parcialmente iluminadas.

Fuentes de Color

No solamente las fuentes de luz emiten diferentes cantidades de luz en diferentes frecuencias. Para las aplicaciones se puede modelar fuentes de luz en base a tres componentes primarios (RGB).

Spotlights (direccionales)

Los spotlights se caracterizan por un rango delgado de ángulos por los cuales se emite luz. Se puede construir un spotlight sencillo de una fuente de punto limitando los ángulos de donde la luz de la fuente se puede ver.

Fuentes de Luz Distantes

Según se mueve la fuente de luz a lo largo de la superficie, se debe recomputar el vector para calcular la intensidad en cada punto. Si la fuente de luz está lejos de la superficie, el vector no cambiará mucho según se mueve de un punto a otro. 

Intensidad Completa

La intensidad completa es exclusiva de los efectos de iluminación.