Desde una perspectiva física, una superficie puede emitir luz por su propia emisión, como focos de luz, o reflejar luz de otras superficies que la iluminan. Algunas superficies pueden reflejar y emitir luz. El color que se ve en un punto de un objeto está determinado por las múltiples interacciones entre las fuentes de luz y superficies refractivas. Este es un proceso recursivo.
El problema consiste de dos aspectos:
1. Modelar las fuentes de luz en una escena.
2. Construir un modelo de reflexión que trate con las interacciones entre materiales y luz.
Para comprender el proceso de iluminación, se puede comenzar siguiendo los rayos de luz de un punto fuente, donde el observador ve solamente la luz que emite la fuente y que llega a los ojos; probablemente a lo largo de complejos caminos y múltiples interacciones con objetos en la escena, como se muestra en la siguiente figura:
- Si un rayo de luz entra al ojo directamente de la fuente, se verá el color de la fuente.
- Si un rayo de luz pega en una superficie que es visible al observador, el color visto se basará en la interacción entre la fuente y el material de la superficie: se verá el color de la luz reflejado de la superficie a los ojos.
En término de gráfica por computadora, se reemplaza el observador por el plano de proyección, como se ve en la siguiente figura:
La ventana de recorte en este plano se mapea a la pantalla. El recorte del plano de proyección y su mapeo a la pantalla significa un número particular de pixeles de despliegue. El color de la fuente de luz y las superficies determina el color de uno o más pixeles en el frame buffer.
La naturaleza de interacción entre los rayos y las superficies determina si un objeto aparece rojo o rosado, claro u obscuro, reluciente o no. Cuando la luz da en una superficie, parte se absorbe, y parte se refleja.
• Si la superficie es opaca, reflexión y absorción significará de toda la luz que dé en la superficie.
• Si la superficie es translucida, parte de la luz será transmitida a través del material y podrá luego interactuar con otros objetos.
Un objeto iluminado por luz blanca se ve rojo porque absorbe la mayoría de la luz incidente pero refleja luz en el rango rojo de frecuencias.
Un objeto relumbrante se ve así porque su superficie es regular, al contrario de las superficies irregulares.
El sombreado de los objetos también depende de la orientación de las superficies, caracterizado por el vector normal a cada punto. Las interacciones entre luz y materiales se pueden clasificar en tres grupos, como se ve en la siguiente figura:
1. Superficies especulares (espejos) - se ven relumbrantes porque la mayoría de la luz reflejada ocurre en un rango de ángulos cercanos al ángulo de reflexión. Espejos son superficies especulares perfectas. La luz del rayo de luz entrante puede absorberse parcialmente, pero toda la luz reflejada aparece en un solo ángulo, obedeciendo la regla que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
2. Superficies Difusas - se caracterizan por reflejar la luz en todas las direcciones. Paredes pintadas con mate son reflectores difusos. Superficies difusas perfectas dispersan luz de manera igual en todas las direcciones y tienen la misma apariencia a todos los observadores.
3. Superficies translucidas - permiten que parte de la luz penetre la superficie y emerja de otra ubicación del objeto. El proceso de refracción caracteriza al vidrio y el agua. Cierta luz incidente puede también reflejarse en la superficie.
Fuentes de Luz.
La luz puede dejar una superficie mediante dos procesos fundamentales:
• Emisión propia.
• Reflexión.
Normalmente se piensa en una fuente de luz como un objeto que emite luz solo mediante fuentes de energía internas, sin embargo, una fuente de luz, como un foco, puede reflejar alguna luz incidente a esta del ambiente. Este aspecto no será tomado en cuenta en los modelos más sencillos.
Si se considera una fuente como en la siguiente figura, se le puede ver como un objeto con una superficie.
Cada punto (x,y,z) en la superficie puede emitir luz que se caracteriza por su dirección de emisión (θ,φ) y la intensidad de energía emitida en cada frecuencia λ. Por lo tanto, una fuente de luz general se puede caracterizar por la función de iluminación I(x, y, z, θ, φ, λ) de seis variables. Nótese que se requiere dos ángulos para especificar una dirección, y que se asume que cada frecuencia puede considerarse de manera independiente. Desde la perspectiva de una superficie iluminada por esta fuente, se puede obtener la contribución total de la fuente al integrar sobre la superficie de la fuente, un proceso que considera los ángulos de emisión que llegan a la superficie bajo consideración y que debe considerar también la distancia entre la fuente y la superficie.
Bibliografía.
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