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Alle Kapitel anzeigenVorbemerkung / Lokale Reflexionsmodelle
Ein lokales Reflexionsmodell ermöglicht die Berechnung der Lichtintensität, die von einem Punkt auf der Oberfläche eines Objektes reflektiert wird. Dieses allgemeine Modell ermittelt die Intensität des reflektierten Lichts als Funktion der Oberflächeneigenschaft und der Oberflächenausrichtung. Lokale Reflexionsmodelle berücksichtigen ausschließlich direkte Beleuchtung. Grundlage für diese Berechnungen sind die allgemeinen Reflexionsphänomene.
Strahlenoptik für Beleuchtung, Reflexion und Transmission in der 3d-Grafik
Das Lambert-Beleuchtungsmodell
Dieses Modell stellt eine Vorstufe zu dem Phong-Beleuchtungsmodell dar und simuliert ausschließlich die Beleuchtung von ideal diffus reflektierenden Oberflächen. Der reflektierte Anteil des Lichtes in einem Oberflächenpunkt ist in alle Richtungen gleich. Die Orientierung der Oberfläche gegenüber der Betrachtungsrichtung v spielt dabei keine Rolle. Es besteht jedoch eine Abhängigkeit vom Winkel Ө zwischen dem einfallenden Lichtstrahl L, der Flächennormale n und der Intensität des diffus reflektierten Lichts Id.
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| Lamberts Gesetz: |
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| Lambert-Beleuchtungsmodell:
Id= reflektierte Intensität |
Das Phong-Beleuchtungsmodell wurde von Phong Bui Tuong 1975 entwickelt. Es erweitert das Lambert-Beleuchtungsmodell durch eine reale spekulare Reflexion. Im Gegensatz zu dem Lambert-Beleuchtungsmodell ist die Blickrichtung r wichtig. Je größer der Winkel α zwischen der Betrachtungsrichtung v und der idealen Reflexionsrichtung r ist, desto kleiner ist die Lichtintensität des spiegelnden Lichts in die Blickrichtung. Ein Vergleich zwischen dem Lambert-Beleuchtungsmodell und dem Phong-Beleuchtungsmodell zeigt die Auswirkung der Blickrichtung bei Phong.
Vergleich: Lambert-Beleuchtungsmodell / Phong-Beleuchtungsmodell
Das Phongmodell modelliert die Abhängigkeit des Abfalls der reflektierten Intensität von der Abweichung α der Betrachtungsrichtung von der idealen Reflexionsrichtung durch eine Potenz von cos α. Auch in diesem Fall wird der Cosinus des Winkels mittels des Skalarproduktes zwischen r und v ausgedrückt. Winkelstellungen größer als 90° werden nicht beachtet.
Die reflektierte Intensität Is nach dem Phong-Beleuchtungsmodell:
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Is = Intensität des spiegelnd reflektierten Lichts in Richtung v Mit dem spiegelnden Reflexionskoeffizient lässt sich der Anteil des zu reflektierenden spiegelnden Lichtes einstellen. Mit dem Spiegelungsexponent wird der Perfektionsgrad der Oberfläche ermittelt. Beide Einstellungen werden im Material getroffen. Die obere Darstellung zeigt mögliche Werte für den Spiegelungsexponent. Je größer der Wert n, desto kleiner und spiegelnder wird das Glanzlicht. In den meisten 3d Programmen sind keinen Einstellungsparameter n und rs zu finden. In 3ds max werden für die Phong-Speculareinstellungen Werte wie Specular Level, Glossiness, Soften und Specular Color angeboten. In Maya werden zwei Phongmaterialien angeboten. Das Material Phong bietet Werte wie Cosine Power und Specular Color das Material PhongE Werte wie Roughness, Highlight size, Whitness und Specular Color. |
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| Die Abbildung zeigt mögliche Speculareinstellungen bei dem Material Phong in 3ds max: Specular Level: Definiet die Intensität des Galnzlichtes Glossines: Definiert die Größe des Glanzlichtes Soften: Dämpft das Glanzlicht Highlight Graph: Diese Kurve zeigt die Einstellungen Specular Level und Glossiness. |
