Schattierung bezieht sich auf die Tiefe-Wahrnehmung in 3D-Modellen oder Illustrationen durch unterschiedliche Niveaus der Dunkelheit.

Zeichnung

Schattierung ist ein Prozess, der in der Zeichnung verwendet ist, um Niveaus der Dunkelheit auf Papier durch die Verwendung von Medien dichter oder mit einem dunkleren Schatten für dunklere Gebiete, und weniger dicht oder mit einem leichteren Schatten für leichtere Gebiete zu zeichnen. Es gibt verschiedene Techniken der Schattierung einschließlich des Kreuz-Ausbrütens, wo Lotlinien der unterschiedlichen Nähe in einem Bratrost-Muster gezogen werden, um ein Gebiet zu beschatten. Je näher die Linien zusammen sind, desto dunkler das Gebiet erscheint. Ebenfalls, je weiter einzeln die Linien sind, desto leichter das Gebiet erscheint.

Leichte Muster, wie Gegenstände, die leichte und beschattete Gebiete haben, helfen, wenn sie das Trugbild der Tiefe auf Papier schaffen.

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Computergrafik

In der Computergrafik bezieht sich Schattierung auf den Prozess, die Farbe eines Gegenstands/Oberfläche/Vielecks in der 3D-Szene zu verändern, die auf seinem Winkel zu Lichtern und seiner Entfernung von Lichtern gestützt ist, um eine photorealistische Wirkung zu schaffen. Schattierung wird während des Übergabe-Prozesses durchgeführt.

Winkel zur leichten Quelle

Schattierung verändert die Farben von Gesichtern in einem 3D-Modell, das auf dem Winkel der Oberfläche zu einer leichten Quelle oder leichten Quellen gestützt ist.

Das erste Image hat unten die Gesichter des Kastens gemacht, aber alle in derselben Farbe. Rand-Linien sind hier ebenso gemacht worden, der das Image leichter macht zu sehen.

Das zweite Image ist dasselbe ohne Rand-Linien gemachte Modell. Es ist schwierig zu erzählen, wo ein Gesicht der Kasten-Enden und des folgenden beginnt.

Das dritte Image hat ermöglichte Schattierung, der das Image realistischer macht und es leichter macht zu sehen, der Gesicht der ist.

Beleuchtung

Gewöhnlich nach der Übergabe einer Szene werden mehrere verschiedene sich entzündende Techniken verwendet, um die Übergabe realistischer aussehen zu lassen. Für diese Sache bestehen mehrere verschiedene Typen von leichten Quellen, um Anpassung für die Schattierung von Gegenständen zur Verfügung zu stellen.

Umgebende Beleuchtung

Eine umgebende leichte Quelle vertritt eine feste Intensität und fest-farbige leichte Quelle, die alle Gegenstände in der Szene ebenso betrifft. Nach der Übergabe werden alle Gegenstände in der Szene mit der angegebenen Intensität und Farbe erhellt. Dieser Typ der leichten Quelle wird hauptsächlich verwendet, um die Szene mit einer grundlegenden Ansicht von den verschiedenen Gegenständen darin zu versorgen.

Richtungsbeleuchtung

Eine leichte Richtungsquelle illuminiert alle Gegenstände ebenso von einer gegebenen Richtung, wie eine Lichtöffnung der unendlichen Größe und unendlichen Entfernung von der Szene; dort geht allmählich über, aber kann keine Entfernungsverminderung sein

Punkt-Beleuchtung

Weisen Sie hin, entsteht aus einem einzelnen Punkt und Ausbreitungen, die in allen Richtungen äußer

Scheinwerfer-Beleuchtung

Lenken Sie Aufmerksamkeit, entsteht aus einem einzelnen Punkt und Ausbreitungen, die in einer kegelförmigen Richtung äußer

Bereichsbeleuchtung

Gebiet, entsteht aus einem einzelnen Flugzeug und illuminiert alle Gegenstände in einer gegebenen Richtung, die von diesem Flugzeug beginnt

Volumetrische Beleuchtung

Volumen, eine beiliegende Raumbeleuchtung protestiert innerhalb dieses Raums

Schattierung wird gestützt darauf interpoliert, wie der Winkel dieser leichten Quellen die Gegenstände innerhalb einer Szene erreicht. Natürlich können diese leichten Quellen sein und werden häufig in einer Szene verbunden. Der renderer interpoliert dann, wie diese Lichter verbunden werden müssen, und ein 2. auf dem Schirm entsprechend zu zeigendes Image erzeugen.

Entfernungsverminderung

Theoretisch werden zwei Oberflächen, die parallel sind, derselbe Betrag von einer entfernten leichten Quelle wie die Sonne illuminiert. Wenn auch eine Oberfläche weiter weg ist, sieht Ihr Auge mehr davon in demselben Raum, so erscheint die Beleuchtung dasselbe.

Bemerken Sie im ersten Image, dass die Farbe auf den Vordergesichtern der zwei Kästen genau dasselbe ist. Es scheint, dass es einen geringen Unterschied gibt, wo sich die zwei Gesichter treffen, aber das ist eine optische Täuschung wegen des vertikalen Randes unten, wo sich die zwei Gesichter treffen.

Bemerken Sie im zweiten Image, dass die Oberflächen auf den Kästen auf dem Vorderkasten hell und auf dem Zurückkasten dunkler sind. Auch der Fußboden geht vom Licht bis Dunkelheit, weil es weiter weg kommt.

Diese Entfernungsverminderungswirkung erzeugt Images, die realistischer scheinen, ohne zusätzliche Lichter hinzufügen zu müssen, um dieselbe Wirkung zu erreichen.

Entfernungsverminderung kann auf mehrere Weisen berechnet werden:

• Niemand - Die leichte erhaltene Intensität ist dasselbe unabhängig von der Entfernung zwischen dem Punkt und der leichten Quelle.
• Geradlinig - Für einen gegebenen Punkt in einer Entfernung von der leichten Quelle ist die leichte erhaltene Intensität dazu proportional.
• Quadratisch - ist Das, wie leichte Intensität in Wirklichkeit abnimmt, wenn das Licht einen freien Pfad hat (d. h. kein Nebel oder jedes andere Ding in der Luft, die absorbieren oder das Licht streuen kann). Für einen gegebenen Punkt in einer Entfernung von der leichten Quelle ist die leichte erhaltene Intensität dazu proportional.
• Faktor - Für einen gegebenen Punkt in einer Entfernung von der leichten Quelle, die leichte erhaltene Intensität ist dazu proportional.
• Jede Zahl anderer mathematischer Funktionen kann auch verwendet werden.

Flache Schattierung

Flache Schattierung ist eine sich entzündende in der 3D-Computergrafik verwendete Technik, um jedes Vieleck eines Gegenstands zu beschatten, der auf dem Winkel zwischen der Oberfläche des Vielecks gestützt ist, normal und der Richtung der leichten Quelle, ihrer jeweiligen Farben und der Intensität der leichten Quelle. Es wird gewöhnlich für die hohe Geschwindigkeitsübergabe verwendet, wo fortgeschrittenere allmählich übergehende Techniken zu rechenbetont teuer sind. Infolge der Wohnung, die alle Scheitelpunkte des Vielecks beschattet, werden mit einer Farbe gefärbt, Unterscheidung zwischen angrenzenden Vielecken erlaubend. Spiegelnde Höhepunkte werden schlecht mit der flachen Schattierung gemacht: Wenn es zufällig einen großen spiegelnden Bestandteil am vertretenden Scheitelpunkt gibt, wird diese Helligkeit gleichförmig über das komplette Gesicht gezogen. Wenn ein spiegelnder Höhepunkt auf dem vertretenden Punkt nicht fällt, wird er völlig verpasst. Folglich schließen wir gewöhnlich den spiegelnden Nachdenken-Bestandteil in die allmählich übergehende Berechnung nicht ein.

Glatte Schattierung

Die glatte Schattierung eines Vielecks zeigt die Punkte in einem Vieleck mit sich glatt ändernden Farben über die Oberfläche des Vielecks. Das verlangt, dass Sie eine getrennte Farbe für jeden Scheitelpunkt Ihres Vielecks definieren, weil der glatte Farbwechsel durch das Interpolieren der Scheitelpunkt-Farben über das Interieur des Dreiecks mit der Standardart der Interpolation geschätzt wird, die wir in der Grafikrohrleitungsdiskussion gesehen haben. Die Computerwissenschaft der Farbe für jeden Scheitelpunkt wird mit der üblichen Berechnung eines sich entzündenden Standardmodells getan, aber um die Farbe für jeden Scheitelpunkt getrennt zu schätzen, müssen Sie einen getrennten normalen Vektoren für jeden Scheitelpunkt des Vielecks definieren. Das erlaubt der Farbe des Scheitelpunkts, durch das sich entzündende Modell bestimmt zu werden, das das einzigartig normal einschließt.

Typen der glatten Schattierung

• Gouraud, der allmählich übergeht
• Phong, der allmählich übergeht

Gouraud allmählich übergehender Algorithmus

1. Bestimmen Sie das normale an jedem Vieleck-Scheitelpunkt
2. Wenden Sie ein Beleuchtungsmodell auf jeden Scheitelpunkt an, um die Scheitelpunkt-Intensität zu berechnen
3. Interpolieren Sie geradlinig die Scheitelpunkt-Intensitäten über das Oberflächenvieleck

Datenstrukturen für die Gouraud-Schattierung

• Manchmal kann Scheitelpunkt normals direkt (z.B Höhe-Feld mit dem gleichförmigen Ineinandergreifen) geschätzt werden
• Mehr allgemein, Bedürfnis-Datenstruktur für das Ineinandergreifen
• Schlüssel: Welche Vielecke sich an jedem Scheitelpunkt treffen

Vorteile der Gouraud-Schattierung

• Vielecke, die komplizierter sind als Dreiecke, können auch verschiedene Farben für jeden Scheitelpunkt angeben lassen. In diesen Beispielen kann die zu Grunde liegende Logik für die Schattierung komplizierter werden. Glücklich müssen Sie sich nie darüber mit OpenGL sorgen. Egal wie Komplex Ihr Vieleck, OpenGL erfolgreich die Innenpunkte zwischen jedem Scheitelpunkt beschattet.

Probleme mit der Gouraud-Schattierung

• Sogar die durch die Schattierung von Gouraud eingeführte Glätte kann das Äußere der allmählich übergehenden Unterschiede zwischen angrenzenden Vielecken nicht verhindern.
• Schattierung von Gouraud ist mehr Zentraleinheit intensiv und kann ein Problem werden, wenn sie Echtzeitumgebungen mit vielen Vielecken macht.
• T-Kreuzungen mit angrenzenden Vielecken können manchmal auf Sehanomalien hinauslaufen. Im Allgemeinen sollten T-Kreuzungen vermieden werden.

Schattierung von Phong

Schattierung von Phong, ist der Schattierung von Gouraud ähnlich, außer dass Normals interpoliert werden. So werden die spiegelnden Höhepunkte viel genauer geschätzt als in Gouraud, der Modell beschattet.

Phong, der Algorithmus beschattet

1. Schätzen Sie einen normalen N für jeden Scheitelpunkt des Vielecks.
2. Von der bilinearen Interpolation schätzen einen normalen, Ni für jedes Pixel. (Das muss jedes Mal wiedernormalisiert werden)
3. Von Ni schätzen eine Intensität Ii für jedes Pixel des Vielecks.
4. Farbe-Pixel, um entsprechend Ii allmählich überzugehen.

Unterschied zwischen Wohnung und glatter Schattierung

Siehe auch

• 3D-Computergrafik
• Schattierung des Modells
• Zebra striping