Modèle de réflexion Phong: Comprendre les interactions de la lumière dans la vision par ordinateur

Par Fouad Sabry

Qu'est-ce que le modèle de réflexion de Phong

Le modèle de réflexion de Phong est un modèle empirique d'éclairage local de points sur une surface conçu par le chercheur en infographie Bui Tuong Phong. En infographie 3D, on l'appelle parfois "Phong shading", notamment si le modèle est utilisé avec la méthode d'interpolation du même nom et dans le cadre de pixel shaders ou d'autres endroits où un calcul d'éclairage peut être appelé " ombres".

Comment vous en bénéficierez

(I) Informations et validations sur les sujets suivants :

Chapitre 1 : Modèle de réflexion de Phong

Chapitre 2 : Modèle de réflexion de Blinn-Phong

Chapitre 3 : Fonction de distribution de réflectance bidirectionnelle

Chapitre 4 : Point culminant spéculaire

Chapitre 5 : Théorème de Green

Chapitre 6 : Théorie des déformations finies

Chapitre 7 : Vecteur d'onde

Chapitre 8 : Distribution exponentielle

Chapitre 9 : Distribution de Weibull

Chapitre 10 : Distribution gamma

(II) Répondre aux principales questions du public sur le modèle de réflexion Phong.

(III) Exemples concrets d'utilisation du modèle de réflexion Phong dans de nombreux domaines.

À qui s'adresse ce livre

Professionnels, étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs, passionnés, amateurs et ceux qui souhaitent aller au-delà des connaissances ou des informations de base pour tout type de modèle de réflexion Phong.

• Langue: Français
• Éditeur: Un Milliard De Personnes Informées [French]
• Date de sortie: 5 mai 2024

Aperçu du livre

Modèle de réflexion Phong

Comprendre les interactions de la lumière dans la vision par ordinateur

Fouad Sabry est l'ancien responsable régional du développement commercial pour les applications chez Hewlett Packard pour l'Europe du Sud, le Moyen-Orient et l'Afrique. Fouad est titulaire d'un baccalauréat ès sciences des systèmes informatiques et du contrôle automatique, d'une double maîtrise, d'une maîtrise en administration des affaires et d'une maîtrise en gestion des technologies de l'information, de l'Université de Melbourne en Australie. Fouad a plus de 25 ans d'expérience dans les technologies de l'information et de la communication, travaillant dans des entreprises locales, régionales et internationales, telles que Vodafone et des machines professionnelles internationales. Actuellement, Fouad est un entrepreneur, auteur, futuriste, axé sur les technologies émergentes et les solutions industrielles, et fondateur de l'initiative One Billion Knowledge.

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Modèle de réflexion Phong

Comprendre les interactions de la lumière dans la vision par ordinateur

Fouad Sabry

Copyright

Modèle © de réflexion Phong 2024 par Fouad Sabry. Tous droits réservés.

Aucune partie de ce livre ne peut être reproduite sous quelque forme que ce soit ou par quelque moyen électronique ou mécanique que ce soit, y compris les systèmes de stockage et de récupération d'informations, sans l'autorisation écrite de l'auteur. La seule exception est celle d'un critique, qui peut citer de courts extraits dans une critique.

Couverture dessinée par Fouad Sabry.

Bien que toutes les précautions aient été prises dans la préparation de ce livre, les auteurs et les éditeurs n'assument aucune responsabilité pour les erreurs ou omissions, ou pour les dommages résultant de l'utilisation des informations contenues dans le présent document.

Table des matières

Chapitre 1 : Modèle de réflexion de Phong

Chapitre 2 : Modèle de réflexion de Blinn Phong

Chapitre 3 : Fonction de distribution de réflectance bidirectionnelle

Chapitre 4 : Surbrillance spéculaire

Chapitre 5 : Théorème de Green

Chapitre 6 : Théorie des déformations finies

Chapitre 7 : Vecteur d'onde

Chapitre 8 : Distribution exponentielle

Chapitre 9 : Distribution de Weibull

Chapitre 10 : Distribution gamma

Appendice

À propos de l'auteur

Chapitre 1 : Modèle de réflexion de Phong

Le modèle de réflexion de Phong (également connu sous le nom d'illumination de Phong ou d'éclairage de Phong) a été développé par le chercheur en infographie Bui Tuong Phong comme une description empirique de l'illumination locale de points sur une surface.

Dans l'animation 3D par ordinateur, il est parfois appelé « Phong shading. », en particulier si le modèle est utilisé avec la méthode d'interpolation du même nom et dans le contexte de pixel shaders ou d'autres endroits où un calcul d'éclairage peut être appelé « shading ».

Le modèle de réflexion Phong a été développé à l'Université de l'Utah par Bui Tuong Phong, qui l'a publié dans sa thèse de doctorat en 1975. Il a été publié en même temps qu'une méthode d'interpolation du calcul pour chaque pixel pixellisé à partir d'un modèle de surface polygonale ; la technique d'interpolation est connue sous le nom d'ombrage Phong, même lorsqu'elle est utilisée avec un modèle de réflexion différent de celui de Phong. Au moment de leur sortie, les approches de Phong ont été considérées comme révolutionnaires, mais elles sont ensuite devenues la technique d'ombrage standard pour de nombreuses applications de rendu. En raison de leur utilisation généralement efficace du temps de calcul par pixel produit, les techniques de Phong ont été largement acceptées.

La réflexion de Phong est un modèle d'illumination locale basé sur l'observation. Il représente la manière dont une surface réfléchit la lumière comme une combinaison de réflexion diffuse et de réflexion spéculaire. Sur la base de l'observation fortuite de Phong, les surfaces scintillantes ont de petits reflets spéculaires intenses, et les surfaces ternes ont des reflets larges et décolorés. Le modèle a également un terme ambiant pour rendre compte de la quantité infime de lumière qui est dispersée dans le paysage.

Pour chaque source lumineuse de la scène, le temps d'exposition est calculé, les composantes i_{\text{s}} et i_{\text{d}} sont définies comme les intensités (souvent sous forme de valeurs RVB) des composantes spéculaires et diffuses des sources lumineuses, respectivement.

Un seul terme i_{\text{a}} contrôle l'éclairage ambiant ; Il est parfois calculé comme la somme des contributions de toutes les sources lumineuses.

Pour chaque matériau de scène, les paramètres suivants sont définis :

k_{\text{s}} , dont la constante représente la réflexion spéculaire, le rapport entre la réflexion du terme spéculaire et la lumière incidente, k_{\text{d}} , dont la constante représente la réflexion diffuse, la proportion de la lumière entrante du terme diffus qui est réfléchie (réflectance lambertienne), k_{\text{a}} , Il s'agit d'une constante pour la réflexion ambiante, la proportion de réflexion du terme ambiant présente à chaque point affiché de la scène, et

\alpha , Quelle est une constante pour l'éclat de ce matériau ?, qui est plus grande pour les surfaces très polies et réfléchissantes ?.

Lorsque cette constante est significative, la surbrillance spéculaire est diminuée.

De plus, nous avons

{\displaystyle {\text{lights}}} , il comprend toutes les sources lumineuses ?, {\hat {L}}_{m} , qui est le vecteur de direction du point de la surface vers chaque source de lumière ( m spécifie la source lumineuse), {\hat {N}} , qui est le typique de la surface à ce moment-là, {\hat {R}}_{m} , dans quelle direction un faisceau de lumière correctement réfléchi à cet endroit de la surface se déplacerait-il ?, et

{\hat {V}} , dans quelle direction le spectateur est-il orienté ? (comme une caméra virtuelle).

Ensuite, le modèle de réflexion de Phong fournit une équation pour calculer l'illumination de chaque point de surface I_{\text{p}} :

I_{\text{p}}=k_{\text{a}}i_{\text{a}}+\sum _{m\;\in \;{\text{lights}}}(k_{\text{d}}({\hat {L}}_{m}\cdot {\hat {N}})i_{m,{\text{d}}}+k_{\text{s}}({\hat {R}}_{m}\cdot {\hat {V}})^{\alpha }i_{m,{\text{s}}}).

où le vecteur de direction {\hat {R}}_{m} est calculé comme la réflexion de {\hat {L}}_{m} sur la surface caractérisée par la normale de surface {\hat {N}} à l'aide de

{\hat {R}}_{m}=2({\hat {L}}_{m}\cdot {\hat {N}}){\hat {N}}-{\hat {L}}_{m}

Les chapeaux indiquent que les vecteurs ont été normalisés.

Le terme diffus n'est pas affecté par la direction de l'observateur ( {\hat {V}} ).

Le terme spéculaire n'est grand que lorsque la direction de la visionneuse ( {\hat {V}} ) est alignée sur la direction de réflexion {\hat {R}}_{m} .

Leur alignement est mesuré par la \alpha puissance du cosinus de l'angle entre eux.

Le cosinus de l'angle entre les vecteurs normalisés {\hat {R}}_{m} et {\hat {V}} est égal à leur produit scalaire.

Lorsque \alpha est grand, Dans le cas d'une réflexion qui ressemble virtuellement à un miroir, le point haut spéculaire sera modeste, car toute perspective qui n'est pas alignée avec la réflexion aura un cosinus plus petit que un, qui se rapproche rapidement de zéro lorsqu'il est élevé à une puissance élevée :.

Bien que la formulation présentée ci-dessus soit l'approche standard pour exprimer le modèle de réflexion de Phong, chaque terme ne doit être inclus que si son produit scalaire est positif. (De plus, le terme spéculaire ne doit être inclus que si le produit scalaire du terme diffus est positif.)

Lorsque la teinte est exprimée en valeurs RVB, comme il est d'usage en infographie, Typiquement, cette équation est modélisée indépendamment pour les forces R, G et B, permettant différentes constantes de réflexion k_{\text{a}}, k_{\text{d}} et k_{\text{s}} pour les différents canaux de couleur.

Il existe un certain nombre de méthodes pour approximer le modèle de réflexion de Phong, plutôt que d'implémenter les formules exactes, ce qui peut accélérer le calcul ; par exemple, le modèle de réflexion de Blinn-Phong est une modification du modèle de réflexion de Phong, qui est