Sombreado: Explorando el sombreado de imágenes en visión por computadora

Por Fouad Sabry

Qué es el sombreado

El sombreado se refiere a la representación de la percepción de profundidad en modelos o ilustraciones 3D variando el nivel de oscuridad. El sombreado intenta aproximarse al comportamiento local de la luz en la superficie del objeto y no debe confundirse con técnicas de adición de sombras, como el mapeo de sombras o los volúmenes de sombras, que se incluyen en el comportamiento global de la luz.

Cómo te beneficiarás

(I) Insights y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Sombreado

Capítulo 2: Sombreado Gouraud

Capítulo 3: Sombreado Phong

Capítulo 4: Iluminación por píxel

Capítulo 5: Modelo de reflexión Blinn-Phong

Capítulo 6 : Iluminación de gráficos por computadora

Capítulo 7: Shader

Capítulo 8: Vértice normal

Capítulo 9: Mapeo de texturas

Capítulo 10: Renderizado (gráficos por computadora)

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

(III) Ejemplos del mundo real para el uso del sombreado 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. p>

 

 

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

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Capítulo 1: Sombreado

El sombreado es la representación de la percepción de profundidad en modelos 3D (dentro del campo de los gráficos por computadora en 3D) o dibujos (dentro del campo de las artes visuales) ajustando el nivel de oscuridad. El sombreado no debe confundirse con las técnicas para crear sombras, como el mapeo de sombras o los volúmenes de sombras, que entran en la categoría de comportamiento global de la luz.

La aplicación de medios más densos o con un tono más profundo para las regiones más oscuras, y menos densamente o con un tono más claro para las áreas más claras, es el método clásico para sombrear en el dibujo. La creación de la apariencia de profundidad en el papel se ve favorecida por patrones de luz, como objetos con partes claras y oscuras.

Existen numerosas técnicas de sombreado, incluido el sombreado cruzado, en el que se utiliza una cuadrícula de líneas perpendiculares de diferente proximidad para sombrear un área. Cuanto mayor sea la proximidad de las líneas, más oscura aparecerá la región. Del mismo modo, cuando aumenta la distancia entre las líneas, la región aparece más clara.

El sombreado en polvo es una técnica de sombreado utilizada en bocetos. En este enfoque, se dibuja una imagen con polvo de tocón y tocones de papel. Esto se puede colorear. El polvo de tocón es liso y libre de partículas reflectantes. Debe haber granos pequeños en el papel para garantizar que el polvo permanezca en el papel.

El sombreado en gráficos por computadora es el proceso de cambiar el color de un objeto/superficie/polígono en una escena 3D en función del ángulo de la superficie con respecto a las luces, su distancia de las luces, su ángulo con respecto a la cámara y las propiedades del material (por ejemplo, la función de distribución de reflectancia bidireccional) para lograr un efecto fotorrealista.

Durante el proceso de renderizado, un programa llamado shader realiza sombreado.

El sombreado modifica los colores de las caras de un modelo 3D en función del ángulo de la superficie con respecto a una o varias fuentes de luz.

Las caras de la caja se representan en la primera imagen, pero todas tienen el mismo tono. Además, se han mostrado las líneas de los bordes, lo que hace que la imagen sea más visible.

La segunda imagen muestra el modelo idéntico sin ninguna línea de borde visible. Es difícil determinar dónde termina una cara de caja y comienza otra.

La tercera imagen tiene habilitado el sombreado, lo que la hace más realista y sencilla de distinguir entre las caras.

Un sombreador emplea un modelo de iluminación para determinar la cantidad de luz reflejada en puntos específicos de una superficie al calcular el color de salida. Se pueden combinar diferentes modelos de iluminación con varias técnicas de sombreado; Mientras que la iluminación define cuánta luz se refleja, el sombreado decide cómo se utiliza esta información para calcular el resultado final. Puede, por ejemplo, calcular únicamente la iluminación en lugares particulares e interpolar el resto. El sombreador también puede determinar el número de fuentes de luz a tener en cuenta, etc.

Una fuente de luz ambiental es una fuente de luz omnidireccional, de intensidad constante y color constante que ilumina todos los objetos de una escena de manera uniforme (es omnipresente). Durante el renderizado, todos los objetos de la escena se iluminan con la intensidad y el tono especificados. Este tipo de fuente de luz se utiliza principalmente para proporcionar una perspectiva rudimentaria de los diversos elementos de la escena. Este tipo de iluminación es la más sencilla de instalar y simula cómo la luz puede dispersarse o reflejarse varias veces, proporcionando un efecto uniforme.

La iluminación ambiental y la oclusión ambiental se pueden acoplar para mostrar qué tan expuesto está cada punto de la escena, lo que afecta la cantidad de luz ambiental que puede reflejar. Esto crea una iluminación difusa y no direccional en toda la escena, sin crear sombras distintivas, sino oscureciendo áreas protegidas y confinadas. El efecto suele parecerse visualmente a un día nublado.

La luz emana de una sola fuente y se difunde en todas las direcciones.

La luz emana de un solo punto y se extiende en forma de cono, como un foco.

La fuente de luz es una pequeña región en un solo plano. (Un modelo más realista que una fuente puntual de iluminación).

Una fuente de luz direccional ilumina todas las cosas por igual desde una dirección determinada, comparable a una luz de área de tamaño ilimitado y distancia infinita de la escena; Hay sombra, pero no es posible que se disminuya la distancia. Esto se asemeja al sol.

Teóricamente, dos superficies paralelas están iluminadas casi por igual por una fuente de luz distante y sin obstrucciones, como el sol. El efecto de atenuación de distancia genera imágenes con mayor sombra, lo que es realista para las fuentes de luz cercanas.

La imagen de la izquierda carece de dilatación de distancia. Observe que los colores en la parte frontal de ambas cajas son idénticos. Esta ilusión óptica es generada por el borde vertical debajo de donde se encuentran las dos caras.

La imagen de la derecha utiliza la atenuación de distancia. Observe que la cara frontal de la caja más