Огляд сучасних відеосистем для РС, Детальна інформація

Коли світло проходить крізь поверхню, він проходить з одного середовища в іншу. У момент проходу через границю середовищ виникаючі квантові ефекти змушують світло змінити свій напрямок. Така зміна напряму руху світла називається переломленням (refraction). Точне значення величини кута зміни напрямку залежить від взаєморозташування поверхонь середовищ і властивості середовища за назвою коефіцієнт переломлення. Порожнеча (вакуум) має коефіцієнт, дорівнює одиниці. У повітря цей коефіцієнт трохи нижче. Більш тверді матеріали і середовища мають більш низькі коефіцієнти переломлення [4].

Переломлення - дуже складне явище, вимагає великих обчислювальних потужностей при його моделюванні. Для виводу на екран у реальному часі більш придатним є застосування технології ray tracing. Ми не будемо тут поглиблюватися в подробиці, усьому свій час :)

Після взаємодії з поверхнею, якщо, звичайно, він не був поглинений, світло продовжує свій шлях і продовжує взаємодіяти з іншими предметами. Одиничний фотон буде продовжувати відбиватися від багатьох і багатьох поверхонь, поки остаточно не розтратить свою енергію. Ці численні ітерації складно моделювати, та й займуть вони колосальний час на візуалізацію. Роблячи рендеринг графіки в реальному часі, думають, що світло взаємодіє з поверхнею один раз.

Колір

До дійсного моменту ми говорили про однорідний світловий потік. Фактично, він і є однорідний, але може виявляти себе в нескінченній безлічі різних варіацій.

Світловий спектр

Тому що світло є ще і хвилею, то, зрозуміло, він має довжину хвилі. Довжин хвиль нескінченна безліч, але наше око в стані реєструвати тільки їхній невеликий діапазон, відомий за назвою видимої частини спектра. Узагалі ж, довжини хвиль можуть бути від надкоротких (мільйонні частки міліметра) до наддовгих (кілометри).

Триколірна модель (RGB Model)

Людське око в стані реєструвати три основних колірних смуги в діапазоні хвиль від 400 нм (нанометрів) до 680 нм. Ми звикли ототожнювати їх з назвами наступних квітів: червоний (R), зелений(G) і синій(B). (Забудьте, якщо ви чули від художників, що існує три основних кольори, - червоний, жовтий, синій. Такий підхід актуальний тільки для барвників). Причина в наявності тільки трьох основних квітів криється не тільки в "підступ" фізиків, але й у хімічному складі органічної матерії сітківки ока, здатному реагувати тільки на визначені довжини хвиль, що відповідають цим квітам. Весь не основний кольори, такі, як жовтий чи рожевий - це просто комбінації основних квітів.[4]

Саме ці кольори використовуються в телебаченні і виводу зображень на екран монітора. Ці три кольори дають можливість відтворити більшість квітів, що ви можете бачити. Ще раз повторимося - більшість, але не усі. Кольору, вироблені монітором, не є абсолютно чистими, тому і усі вироблені ними відтінки не можуть бути відтворені з точністю.

Більш того, яркісний діапазон моніторів сильно обмежений. Людське око в стані розрізняти набагато більше градацій яскравості. Максимальна яскравість монітора навряд чи відповідає і половині максимальної яскравості, що наше око здатне розрізнити. Це часто може привести до складностей при відображенні сцен з реального світу, що містять широкі варіації яскравості. Наприклад, фотографія пейзажу з фрагментом неба і ділянками землі, що знаходяться в повній тіні.

При моделюванні світла на комп'ютері всі три кольори обробляються окремо, за винятком яких-небудь нестандартних ситуацій, коли кольору не впливають один на одного. Іноді повнокольорові зображення одержують шляхом послідовного прорахунку червоного, зеленого і синього зображень і їх подальшим комбінуванням.

Звичайно комп'ютери оперують зі світлом у виді величин, що визначають кількість складових в ньому червоного, зеленого і синього кольорів. Наприклад, білий - це рівна кількість усіх трьох, Жовтий - рівна кількість червоного і зеленого і повна відсутність синього. Усі колірні відтінки можна візуально представити у виді куба, де по осях координат будуть відкладені відповідні величини трьох вихідних квітів. Це і є триколірна світлова модель (RGB Model).

Однак є ще цілий ряд колірних моделей світла, що можуть бути навіть більш зрозумілі для деяких людей. От, наприклад, модель HSV (від англійських: -Hue - відтінок, Saturation - насиченість, Value - кількість). Снову ми бачимо три значення, виходить, усі можливі колірні відтінки можна знову укласти усередину куба.

Ця модель також іноді відома як HSL, де L - luminance, слово інше, а суть та ж.

Hue: Колір, колірний відтінок

Saturation: Колірна насиченість. Еквівалент відповідного органу керування на багатьох телевізорах і моніторах.

Value: Інтенсивність. Нуль - значить чорний, більш високі значення характеризують більш яскраві значення.

Використання світла на практиці

Допущення і спрощення

Як було сказано раніше, конкретний варіант моделювання світла залежить від вимог до додатка, що ви створюєте. Існує цілий ряд допущень, які можна застосувати для того, щоб збільшити швидкість прорахунку і виводу на екран.

Крапкові джерела світла

Для спрощення математичних розрахунків джерела світла звичайно розглядають у виді крапки в просторі. У переважній більшості випадків це буде не занадто далеко від реальності. Лампочки і ліхтарі на вулицях дуже малі в порівнянні з об'єктами, що вони висвітлюють. Проблема виникає тоді, коли ви хочете зобразити сцену з джерелом світла у виді довгої люмінесцентної чи лампи сцену, рівномірно освітлювану природним небесним висвітленням. У цьому випадку вам доведеться застосувати групу у виді декількох, більш слабких джерел - для того, щоб вони могли імітувати один великий.

Багаторазові відображення

Прорахунки ефектів, вироблених світлом при відображенні від однієї поверхні на іншу, тривалі і складні. Тому для великих просторів ми можемо не прораховувати множинні відображення, через те, що різниця між однократним і багаторазовим відображенням, у космосі, наприклад, зовсім непомітна. Інша справа, якщо ми моделюємо світло в маленькі кімнаті. Тут ця різниця буде більш, чим помітна, тому що об'єкти, що знаходяться в зоні безпосередньої тіні, будуть усе рівно освітлені за рахунок відбитих променів від інших поверхонь.

Тіні

Незважаючи на те, що тіні можуть дати спостерігачу додаткову інформацію про глибину сцени, їхня відсутність іноді може бути незначною втратою. У залежності від ситуації часто можливо зробити внести спрощення в задачу прорахунку тіней. Наприклад, ви працюєте над авіасимулятором. У цьому випадку спостереження тіні літака може бути дуже важливим індикатором висоти польоту. Але навколишній світ містить всього одне джерело світла - сонце, а інші предмети дуже малі і розкидані. Таким чином, вам не треба думати над імітацією тіней на самому літаку і кожнім маленькому будиночку далеко внизу на землі. Вам досить спроектувати тінь тільки на площину землі. [4]

Статичні (нерухомі) тіні

Сцени з нерухомими джерелами світла й об'єктами мають статичні тіні. Мається можливість заздалегідь прорахувати всі тіні в сцені. А потім використовувати цю інформацію для швидкого промальовування цих тіней на екрані. Гарним прикладом подібного підходу є ігри типу Quake. Рівень заздалегідь обраховувався утилітами прорахунку висвітлення, і в реальному часі движок гри вже не витрачав дорогоцінний процесорний час на їхнє створення. Усі тіні зберігалися у виді "карти тіней" у самому файлі рівня й у процесі гри комбінувалися з відповідними текстурами.

PAGE