Sombreado Gouraud: Sombreado Gouraud: iluminando la visión por computadora

Por Fouad Sabry

Qué es el sombreado Gouraud

El sombreado Gouraud, llamado así en honor a Henri Gouraud, es un método de interpolación utilizado en gráficos por computadora para producir un sombreado continuo de superficies representadas por mallas poligonales. En la práctica, el sombreado Gouraud se utiliza con mayor frecuencia para lograr una iluminación continua en mallas triangulares calculando la iluminación en las esquinas de cada triángulo e interpolando linealmente los colores resultantes para cada píxel cubierto por el triángulo. Gouraud publicó la técnica por primera vez en 1971. Sin embargo, el soporte mejorado de hardware para modelos de sombreado superiores ha hecho que el sombreado de Gouraud quede obsoleto en el renderizado moderno.

Cómo se beneficiará

(I) Ideas y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Sombreado Gouraud

Capítulo 2: Sombreado Phong

Capítulo 3: Reflejo Phong modelo

Capítulo 4: Iluminación por píxel

Capítulo 5: Vértice normal

Capítulo 6: Renderizado (gráficos por computadora)

Capítulo 7: Shader

Capítulo 8: Iluminación de gráficos por computadora

Capítulo 9: Modelado poligonal

Capítulo 10: Vértice (gráficos por computadora)

(II) Responder a las principales preguntas del público sobre el sombreado gouraud.

(III) Ejemplos del mundo real sobre el uso del sombreado gouraud en muchos campos.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieran ir más allá del conocimiento o la información básica para cualquier tipo de Sombreado Gouraud.

 

 

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 5 may 2024

Vista previa del libro

Capítulo 1: Sombreado de Gouraud

El sombreado de Gouraud, llamado así por Henri Gouraud, es una técnica de interpolación empleada en gráficos por computadora para generar sombreado continuo de superficies representadas por mallas poligonales. En la práctica, el sombreado de Gouraud se utiliza con mayor frecuencia para generar iluminación continua en mallas triangulares calculando la iluminación en las esquinas de cada triángulo e interpolando linealmente los colores resultantes para cada píxel cubierto por el triángulo. El enfoque fue publicado inicialmente por Gouraud en 1971.

Se proporciona una estimación de la normal de superficie de cada vértice en un modelo 3D poligonal para cada vértice o se calcula promediando las normales de superficie de los polígonos que convergen en cada vértice. Con estas estimaciones, se realizan cálculos de iluminación basados en un modelo de reflexión, como el modelo de reflexión de Phong, para determinar las intensidades de color de los vértices. Las intensidades de color de cada píxel cubierto por la malla poligonal se pueden interpolar a partir de los valores de color derivados en los vértices.

El sombreado Gouraud se considera superior al sombreado plano y requiere mucho menos procesamiento que el sombreado Phong, sin embargo, generalmente produce una apariencia facetada.

En comparación con el sombreado Phong, la fuerza y la debilidad del sombreado Gouraud radicaban en su interpolación. Si una malla ocupa más píxeles en el espacio de la pantalla que vértices, la interpolación de valores de color a partir de muestras de costosos cálculos de iluminación en los vértices requiere menos procesamiento que ejecutar el cálculo de iluminación para cada píxel, como en el sombreado Phong. Sin embargo, los efectos de iluminación muy localizados (como los reflejos especulares, por ejemplo, el destello de la luz reflejada en la superficie de una manzana) no se renderizarán correctamente, y si un resaltado se encuentra en medio de un polígono, pero no se extiende al vértice del polígono, no será visible en un renderizado de Gouraud.

Un renderizado que debe tener un resaltado especular que se desplace suavemente a través de la superficie de un modelo giratorio revela el error inmediatamente. El sombreado Gouraud proporcionará un resaltado que aparece y desaparece constantemente en las áreas cercanas del modelo, alcanzando su máxima intensidad cuando el resaltado especular deseado se alinea con un vértice del modelo. Este problema se puede resolver aumentando la densidad de vértices del objeto, pero en algún momento los rendimientos decrecientes de esta estrategia harán que sea preferible convertir a un modelo de sombreado más sofisticado.

Una geometría con un sombreado de Gouraud que se asemeja a una esférica; Tenga en cuenta el mal comportamiento del resaltado especular.

Otra malla en forma de esfera con un número de polígonos extremadamente grande.

El trabajo original de Gouraud describía la interpolación lineal de color, una alternativa de perspectiva correcta a la interpolación lineal utilizada en las GPU. Las variaciones lineales e hiperbólicas de la interpolación de color de vértices a píxeles se denominan colectivamente sombreado de Gouraud.

Cualquier interpolación lineal de intensidad da como resultado derivadas discontinuas, lo que genera bandas de Mach, un artefacto visual frecuente del sombreado de Gouraud.

{Fin del capítulo 1}

Capítulo 2: Sombreado Phong

El sombreado Phong, o interpolación Phong, es una técnica de interpolación para el sombreado de superficies en gráficos por computadora 3D que fue desarrollada por el pionero de los gráficos por computadora Bui Tuong Phong. El sombreado Phong interpola las normales de superficie sobre polígonos rasterizados y calcula los colores de píxel de acuerdo con las normales interpoladas y un modelo de reflexión. El sombreado Phong también puede referirse a una combinación particular de interpolación Phong y el modelo de reflexión Phong.

Bui Tuong Phong inventó el sombreado Phong y el modelo de reflexión Phong en la Universidad de Utah y los publicó en su tesis doctoral de 1973. En el momento de su lanzamiento, los enfoques de Phong se consideraron revolucionarios, pero posteriormente se han convertido en la técnica de sombreado estándar para muchas aplicaciones de renderizado. Debido a su uso típicamente efectivo del tiempo de cómputo por píxel producido, las técnicas de Phong han ganado una amplia aceptación.

El sombreado Phong proporciona una aproximación más precisa del sombreado de una superficie lisa que el sombreado Gouraud. El sombreado Phong presupone un vector normal que fluctúa continuamente en la superficie. Cuando se utiliza para un modelo de reflexión con reflejos especulares modestos, como el modelo de reflexión de Phong, el enfoque de interpolación de Phong supera al sombreado de Gouraud.

Cuando los reflejos especulares se