Lokale Beleuchtungsalgorithmen

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Dieses Applet beschreibt die lokalen Beleuchtungsalgorithmen Konstante Beleuchtung, den Gouraud-Algorithmus und den Phong-Algorithmus.

Alle wesentlichen Parameter der Lichtquelle und des Objektes lassen sich modifizieren.

Lichtquelle
Typ
  • Die Auswahlbox stellt die Typen Punktlichtquelle und Richtungslichtquelle zur Verfügung. Beachten Sie, daß das Vorzeichen der Koordinate z bei der Richtungslichtquelle des negierte der Punktlichtquelle ist.
Koordinaten
  • Die Lage der Punkt-Lichtquelle bzw. der Vektor der Richtungs-Lichtquelle lassen sich durch die drei Textfelder x, y und z festlegen.
Intensität
  • Die Farbe der Lichtquelle wird durch die drei Textfelder r, g und b bestimmt.
Ambientes Licht der Szene
  • Die Grundhelligkeit der gesamten Szene läßt sich explizit angeben und wirkt auf alle Objekte (hier nur eines) der Szene.
Material
Ambient, Diffus und Spekular
  • Die ambiente und diffuse Materialeigenschaft wird als RGB-Wertetripel zwischen 0 und 1 gegeben.

  • Der spekulare Anteil beschreibt die Spiegelung und wird ebenfalls als RGB-Wertetripel zwischen 0 und 1 gegeben. Üblicherweise wird hier weißes Licht eingestellt.

  • Die drei Anteile summieren sich für jeden Farbanteil in der Regel zu Eins auf, jedoch sind auch andere Einstellung möglich. Überproportionierte Farbwerte werden bei der Ausgabe abgeschnitten.
Phong-Exponent
  • Der Phong-Exponent beschreibt die Bündelung der Spiegelung und hat im allgemeinen beliebige Werte. Hier wurde die Eingabe auf den Bereich zwischen 0 und 50 beschränkt.
Ansicht
Objekt
  • Es kann zwischen den Objekten Kugel und Zylinder gewählt werden.
Lage
  • Die Objekte lassen sich mit der linken Maustaste drehen und mit der rechten zoomen. Eine Abwärtsbewegung vergrößert dabei das Objekt, während eine Bewegung nach oben das Objekt verkleinert.

  • Die ursprüngliche Lage läßt sich über den Button Ausgangsposition wiederherstellen.
berechnen
  • Durch Drücken des Buttons berechnen wird vom Drahtgitter-Modell auf gefüllte Darstellung umgeschalten.

  • Die Änderung eines Parameters stellt die Darstellung wieder auf das Drahtgitter zurück.
1. Schritt: Konstante Beleuchtung
Der einfachste Algorithmus zur Beleuchtung von Dreiecksflächen füllt die Dreiecke mit genau einer Farbe, die er durch einmalige Auswertung des Beleuchtungsmodells im Schwerpunkt des Dreiecks erhält. Beachten Sie die Geschwindigkeit der Ausgabe und das bei großen Dreiecken relativ unrealistische Ergebnis.
2. Schritt: Der Gouraud-Algorithmus
Wird an den drei Punkten jedes Dreiecks das Beleuchtungsmodell ausgewertet und diese Farben über das Dreieck interpoliert, so erhält man ein weicheres Ergebnis, das jedoch nur für diffuse Reflexion sinnvoll verwendbar ist. Welcher Effekt entsteht bei einem kleinen Spiegelungspunkt (hoher Phong-Exponent)?
3. Schritt: Der Phong-Algorithmus
Wird für jeden Punkt des Dreiecks das Beleuchtungsmodell neu ausgewertet, so können auch spekulare Anteile gehandhabt werden. Beachten Sie die Übergänge zwischen Dreiecken, die beim Gouraud-Algorithmus noch sehr deutlich sichtbar waren. Der hohe Aufwand bei der Interpolation führt zu einer recht langsamen Berechnung.
4. Schritt: Vergleich
Vergleichen Sie die drei Algorithmen unter verschiedenen Einstellungen. Variieren Sie die Material-Parameter.
Stellen Sie weiter auf ein anderes Objekt um und ändern Sie den Typ der Lichtquelle sowie ihre Koordinaten.