Tema 7 Colores y Sombras

1. Tema 7Colores y Sombras

2. Índice • Color • La luz • Percepción del color • Características psicológicas del color • Profundidad de color • Modelos de color • Colores en OpenGL

3. La luz • El color es una banda de frecuencias del espectro electromagnético • El espectro visible abarca desde los 4.3*1014 Hz (rojo) hasta los 7.5 * 10 14 Hz (violeta) • El ojo humano distingue aproximadamente unos 400.000 colores diferentes

4. La luz • Laluz blancaesta formada por el conjunto de radiaciones visibles • Un objeto sobre el que incide luz blanca absorberá algunas frecuencias y reflejará otras • La combinación de éstas últimas determinará el color del objeto • La frecuencia dominante se denomina coloromatiz de la luz

5. Percepción del color • El color es la impresión producida al incidir en la retina los rayos luminosos difundidos o reflejados por los cuerpos • El ojo humano actúa como sensor y el cerebro interpretar las imágenes • Los conos están especializados en la visión del color • Especializados en: • azul y violeta • verde y amarillo • rojo y naranja • Los bastones requieren muy poca luz y no son capaces de discernir los colores.

6. Características psicológicas del color • Cromaticidad: • Matiz • Luminosidad • Tono • Saturación • Además de la frecuencia, otras propiedades para caracterizar nuestra percepción de la luz

7. Profundidad de color • Color de 1-bit • Permite 2 colores, utiliza 1 bit dedicado a la información de color por cada píxel (21). • Color de 4-bits • 16 colores por píxel, utiliza 4 bits dedicados a la información de color (24) • Color de 8-bits • 256 colores ya que se utilizan 8 bits dedicados a la información de color por cada píxel (28) • Se pueden utilizar los 8 bits para imágenes de un tono continuo en blanco y negro con 256 matices de color • Color de 24-bits • Permite 16.777.216 colores, se utilizan 24 bits dedicados a la información de color por cada píxel (224) • 8 bits para cada color: rojo, verde y azul • El inconveniente es la utilización de memoria que se necesita para pantallas de alta resolución (2MB para 1024x768)

8. Modelos de color • El propósito de un modelo de color es facilitar la especificación de colores en algún formato estándar • Especificación de un modelo de coordenadas 3D y un subespacio dentro donde cada color se representa por un punto único • La mayoría de los modelos de color que se utilizan están orientados hacia el hardware como monitores o impresoras

9. Modelos de color • Espacio de color CIE • El CIE ("d'Eclairage de Internationale de la Comisión") definió tres fuentes de luz hipotéticas, x, y, y z, resultando curvas positivas • El diagrama de cromaticidad CIE es un modelo de dos dimensiones de visión del color • El diagrama de cromaticidad CIE refleja el tono y la saturación, pero es necesario un modelo tridimensional para añadir el componente del brillo

10. Modelos de color • El modelo de color RGB • Modelo aditivo de color que es representado por el cubo del color del RGB • R, G, y B representan los colores producidos por los fósforos rojos, verdes y azules • El cubo se proyecta dentro del espacio de color del CIE XYZ • Los valores de R,G,B se asignan en el intervalo de 0 a 1

11. Colores en OpenGL • OpenGL especifica un color utilizando las intensidades separadas de componentes rojo, verde y azul (espacio de color RGB) • Definimos un color con la función glColor* • Los elementos geométricos se dibujan con los atributos activos en cada momento • En cualquier momento se pude modificar el valor de los atributos, sustituyendo el nuevo valor al anterior • Los atributos podrán apilarse y desapilarse

12. Colores en OpenGL void triangulo2(void){ glBegin(GL_TRIANGLES); glColor3f(0.0,0.0,1.0); glColor3f(0.0,1.0,0.0); glVertex2f(0.0,-0.4); glVertex2f(-0.4,0.2); glVertex2f(0.4,0.2); glEnd(); }

13. Colores en OpenGL • Al dibujar polígonos se puede controlar que se dibujen sus aristas o solo el interior • control de visibilidad de las aristas se realiza con la función glEdgeflag(b) • También se pueden conseguir gradientes • Con un triángulo, por ejemplo, bastará con asignar un color distinto a cada vértice • OpenGL renderiza la imagen con el gradiente de color resultante entre ellos

14. Colores en OpenGL glBegin GL_TRIANGLES glColor3f( 1.0,0.0,0.0 ) //color rojo glVertex3f( 0.0,1.0,0.0 ) glColor3f( 0.0,1.0,0.0 ) //color verde glVertex3f( -1.0,-1.0,0.0 ) glColor3f( 0.0,0.0,1.0 ) //color azul glVertex3f( 1.0,-1.0,0.0 ) glEnd

15. Colores en OpenGL • Canal alpha • El modelo RGBA de color dota a cada punto de una cuarta componente llamada canal alfa • Imagen de 8 bits en escala de grises • OpenGL lo interpreta de la manera siguiente • Un valor alpha de 0 (color negro) indica transparencia total • Un valor de 128 (color gris "puro") indica semitransparencia • Un valor de 255 (color blanco) indica opacidad total

16. Colores en OpenGL • Mezclando dos colores generamos un tercero, si tengo un objeto de color rojo y le pongo delante un papel translúcido de color azul, la intersección de ambos se verá de color lila

17. Colores en OpenGL • Activar el mezclado de colores y desactivarlo con las funciones • glEnable(GL_BLEND) • glDisable(GL_BLEND) • Para indicar como debe hacerse la mezcla se usará la función • glBlendFunc(Glenum factorfuente, Glenum factordestino) • glBlendFunc(GL_ONE,GL_ZERO) • importancia de 1 (máxima) al canal alfa de la fuente y de 0 (nula) al canal alfa del destino • glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE) • multiplique a la fuente por su valor de alfa y sume el resultado al color destino

18. Colores en OpenGL • Ocultaciones • OpenGL permite utilizar dos métodos de ocultación • El algoritmo de las caras de detrás • Consiste en ocultar las caras que no se dibujarían porque formarían parte de la parte trasera del objeto • glEnable(GL_CULL_FACE) • Algoritmo del Z-buffer • Cada vez que se va a renderizar un pixel, comprueba que no se haya dibujado antes en esa posición un píxel que esté más cerca respecto a la cámara • glEnable(GL_DEPTH_TEST)

19. Colores en OpenGL • Sin ocultaciones • Ocultando caras detrás

20. Colores en OpenGL • Sin Z-Buffer • Con Z-Buffer

21. Colores en OpenGL • Eliminando caras detrás • Caras detrás + Z-Buffer

22. Colores en OpenGL • La combinación de estos dos algoritmos nosiempre es adecuada • Caras detrás + Z-Buffer • Z-Buffer

23. Colores en OpenGL • El color de los materiales • La forma en que la luz incide sobre las superficies de los objetos depende de las propiedades del material de los mismos • OpenGL la forma de definir estas propiedades es la función: • void glMaterial{if}[v](GLenum face, GLenum pname, TYPEparam); • El primer argumento determina la cara del objeto donde se aplica el material • propiedad del material que va a fijarse

24. Colores en OpenGL

25. Indice • Sombras • Efecto falloff (Distance falloff) • Sombreado • Tipos de sombreado • Sombreado en OpenGL • Stencil Buffer • Volúmenes de sombras • Fusión (Dithering) • Paletas de Ventana

26. Sombras • Definición: Una sombra es una región de oscuridad donde la luz es obstaculizada. Una sombra ocupa todo el espacio de detrás de un objeto opaco con una fuente de luz frente a él. La sección eficaz de una sombra es una silueta bidimensional o una proyección invertida del objeto que bloquea la luz.

27. Sombras • Propiedades: • Cuanto menor el ángulo entre dirección de la luz y objeto, más corta la sombra. • Cuanto menor el ángulo entre dirección de la luz y superficie donde aparece la sombra, mayor será esta. • Fuente luz no puntual-> umbra y penumbra • Múltiples focos->múltiples sombras • Múltiples focos colores-> Color de cada sombra será del color de la luz del otro foco

28. Sombras • Sombras por ordenador: • Simula como se comportan las caras del polígono cuando es iluminado por una fuente de luz virtual • Altera el color de las caras de un modelo 3D basándose en el ángulo de la superficie con la fuente de luz.

29. Sombras • Ejemplo: Imagen renderizada sin líneas en los bordes sombreado en las caras

30. Sombras-Efecto Falloff • Se puede observar que las superficies de las caras son brillantes en la caja delantera y más oscuras en la situada en la parte de atrás. También la superficie sobre la que están pasa de claro a oscuro según se aleja. • produce imágenes más realistas sin efecto falloff efecto falloff

31. Tipos de sombreado • Sombreado plano (Flat shading) • Definición: sombrea cada polígono de un objeto basándose en el ángulo que existe entre la superficie normal del polígono y la dirección de la fuente de luz, sus respectivos colores y la intensidad de la luz • Renderizado de alta velocidad • Desventaja: aspecto poco natural en modelos bajos en polígonos

32. Tipos de sombreado • Comparación Flat Shading-Phong

33. Tipos de sombreado • Sombreado Gouraud • Simula el efecto de difusión de la luz y los colores a través de la superficie del objeto • Aplica el patrón de iluminación a cada vértice del polígono y entonces promedia los valores de color en toda la superficie del objeto para así alcanzar un efecto de sombreado suave • El resultado final de todo esto es un polígono con un suave gradiente de intensidades sobre su superficie

34. Tipos de sombreado • Sombreado Gouraud: Bandas de Mach • objetos sombreados con Gouraud muestran las zonas de unión de polígonos

35. Tipos de sombreado • Sombreado de Phong • usado en los gráficos 3D para la interpolación de superficies en polígonos rasterizados, para obtener mejor resolución especular. • proporciona una mejor aproximación a la aplicación punto-por-punto de un modelo de reflexión superficial, asumiendo una suavidad variante de la superficie como vector normal. • en lugar de interpolar intensidades de los vértices, según se hace en el sombreado Gouraud, se interpole normales a lo largo del polígono

36. Tipos de sombreado • Sombreado Blinn–Phong • intercambia la precisión visual por eficiencia computacional

37. Reflexión • Modelo de Lambert • Superficies en las que la luz que incide sobre ellas se reparte de forma que sólo depende del ángulo de incidencia y es independiente del ángulo de observación. • Sólo se puede emplear con ciertos materiales. • Sirve como una buena aproximación cuando las características de la superficie no se conocen.

38. Reflexión • Modelo de Oren-Nayar • Similar al de Lambert. • Es más preciso aunque también más complicado. Los cálculos se realizan teniendo en cuenta un factor de rugosidad de la superficie.

39. Sombreado en OpenGL • glShadeModel(GLenum modo )selecciona el modelo de sombreado: suave o plano. El modo puede ser: • Plano  GL_FLAT • Suave  GL_SMOOTH

40. Sombreado OpenGL GL_Flat glShadeModel(GL_FLAT);glBegin(GL_TRIANGLES);         glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);  // color rojo glVertex3f(-1.0f, 0.0f, 0.0f); glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);  // color verde      glVertex3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);  // color azul      glVertex3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);glEnd();

41. Sombreado OpenGL GL_SMOOTH glShadeModel(GL_SMOOTH);glBegin(GL_TRIANGLES);         glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);  //activamos el color rojo glVertex3f(-1.0f, 0.0f, 0.0f); glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);  // verde      glVertex3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);  // azul      glVertex3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);glEnd();

42. Sombreado-Stencil Buffer • Sirve para mejorar la calidad de las sombras y los reflejos. • Añade planos de bits adicionales para cada píxel además de los bits de color y profundidad. • Es una manera de marcar píxeles en una renderización para controlar su actualización en renderizaciones siguientes. • Funciones en OpenGL: • glEnable(GL_STENCIL_TEST) • glDisable(GL_STENCIL_TEST). • glClearStencil

43. Volúmenes de sombras • Construcción: • se proyecta un rayo de luz a través de cada vértice en la proyección de la sombra del objeto hacia el infinito. • El conjunto de estas proyecciones generan un volumen que engloba todos los puntos que pudieran posiblemente verse ensombrecidos por un objeto. • Cualquier objeto dentro de este volumen debería ser ensombrecido

44. Volúmenes de sombras

45. Volúmenes de sombras- Técnicas • Existen 3 técnicas aplicables en tiempo real. • Características comunes: • dibujar la escena como si estuviera completamente en sombra. • para cada punto de luz: • usar la información de profundidad de la escena para construir una mascara en el stencil buffer • la escena de nuevo como si estuviera completamente iluminada, usando el stencil buffer para la máscara de las áreas sombreadas.

46. Volúmenes de sombras- Técnicas • Paso de profundidad (Depth pass) • Si la superficie de un objeto esta en sombra, habrá más superficies sombreadas frontalmente entre ella y el ojo que con las superficies traseras sombreadas. • Error de Profundidad (Depth fail) • En vez de contar las caras frontales sombreadas de la superficie del objeto, las superficies traseras se pueden contar así fácilmente con el mismo resultado • OR exclusivo • Aproxima las dos anteriores, no trata propiamente con la intersección de los volúmenes de sombras

47. Fusión (Dithering) • Definición: • técnica usada para crear la ilusión de profundidad de color en imágenes con una paleta de colores limitada. • los colores no disponibles en la paleta original son aproximados por una difusión de los píxel coloreados dentro de la paleta disponible. • El ojo humano percibe la difusión como una mezcla de colores.

48. Fusión • Incremento de fusión: glDisable(GL_DITHER) glEnable( GL_DITHER )

49. Paletas • En Windows existen dos tipos de paletas: • Paletas lógicas • Paletas del sistema • Existe una paleta especial que es la paleta por defecto que es la que utiliza el usuario a no ser que crea una. • No se puede acceder a la paleta del sistema directamente. Los accesos se hacen mediante la paleta lógica. • Como programadores, podemos usar los colores de la paleta por defecto o bien crear nuestra propia paleta lógica y asociarla al contexto de dispositivo.

50. Creación de Paletas de Ventana • Crear una paleta en OpenGL: HPALETTE CreatePalette( CONST LOGPALETTE *lplgpl // puntero a la paleta lógica de color ); • Esta paleta utiliza una estructura lógica de paleta (LOGPALETE) que contiene 256 entradas, especificando los 8 bits para las componentes R,G,B.