El sombreado de Gouraud , que lleva el nombre de Henri Gouraud , es un método de interpolación utilizado en gráficos por computadora para producir un sombreado continuo de superficies representadas por mallas poligonales . En la práctica, el sombreado de Gouraud se usa con mayor frecuencia para lograr una iluminación continua en mallas de triángulos calculando la iluminación en las esquinas de cada triángulo e interpolando linealmente los colores resultantes para cada píxel cubierto por el triángulo. Gouraud publicó por primera vez la técnica en 1971. [1] [2] [3]
Descripción
El sombreado de Gouraud funciona de la siguiente manera: Se especifica una estimación de la normal de superficie de cada vértice en un modelo poligonal 3D para cada vértice o se calcula promediando las normales de superficie de los polígonos que se encuentran en cada vértice. Usando estas estimaciones, se realizan cálculos de iluminación basados en un modelo de reflexión, por ejemplo, el modelo de reflexión de Phong , para producir intensidades de color en los vértices. Para cada píxel de la pantalla que está cubierto por la malla poligonal, las intensidades de color se pueden interpolar a partir de los valores de color calculados en los vértices.
Comparación con otras técnicas de sombreado
El sombreado Gouraud se considera superior al sombreado plano y requiere un procesamiento significativamente menor que el sombreado Phong , pero generalmente da como resultado un aspecto facetado.
En comparación con el sombreado de Phong, la fuerza y la debilidad del sombreado de Gouraud radica en su interpolación. Si una malla cubre más píxeles en el espacio de la pantalla que vértices, interpolar valores de color de muestras de costosos cálculos de iluminación en los vértices requiere menos procesador que realizar el cálculo de iluminación para cada píxel como en el sombreado Phong. Sin embargo, los efectos de iluminación muy localizados (como los reflejos especulares , por ejemplo, el destello de la luz reflejada en la superficie de una manzana) no se renderizarán correctamente, y si un resaltado se encuentra en el medio de un polígono, pero no se extiende al polígono vértice, no será evidente en una representación de Gouraud; a la inversa, si se produce un resaltado en el vértice de un polígono, se renderizará correctamente en este vértice (ya que aquí es donde se aplica el modelo de iluminación), pero se distribuirá de forma no natural en todos los polígonos vecinos mediante el método de interpolación.
El problema se detecta fácilmente en una representación que debería tener un resaltado especular moviéndose suavemente a través de la superficie de un modelo a medida que gira. En cambio, el sombreado de Gouraud producirá un resaltado que se desvanece continuamente en las partes vecinas del modelo, alcanzando un máximo de intensidad cuando el resaltado especular deseado pasa sobre un vértice del modelo. Si bien este problema se puede solucionar aumentando la densidad de vértices en el objeto, en algún momento los rendimientos decrecientes de este enfoque favorecerán el cambio a un modelo de sombreado más detallado.
Una malla en forma de esfera con sombra de Gouraud: observe el mal comportamiento del resaltado especular.
Otra malla con forma de esfera renderizada con un recuento de polígonos muy alto.
El sombreado de Gouraud utiliza interpolación lineal
Es un error común pensar que el sombreado de Gouraud es cualquier interpolación de colores entre vértices, incluida, por ejemplo, la interpolación correcta de perspectiva; el artículo original deja en claro que el sombreado de Gouraud es una interpolación lineal de color entre vértices, específicamente. [1] De forma predeterminada, la mayoría de las GPU modernas utilizan la interpolación correcta de perspectiva entre vértices, lo que produce un resultado diferente al sombreado de Gouraud. Las diferencias serán especialmente pronunciadas en los polígonos que se extienden profundamente en la vista donde las diferencias entre la interpolación lineal y la interpolación correcta en perspectiva serán más pronunciadas. -
Bandas de Mach
Cualquier interpolación lineal de intensidad causa discontinuidades derivadas que desencadenan bandas de Mach , un artefacto visual común de Gouraud Shading.
Ver también
Referencias
- ↑ a b Gouraud, Henri (1971). Visualización informática de superficies curvas, Tesis Doctoral (Tesis). Universidad de Utah.
- ^ Gouraud, Henri (1971). "Sombreado continuo de superficies curvas" (PDF) . Transacciones IEEE en computadoras . C-20 (6): 623–629. doi : 10.1109 / TC.1971.223313 .
- ^ Gouraud, Henri (1998). "Sombreado continuo de superficies curvas". En Rosalee Wolfe (ed.). Gráficos seminales: esfuerzos pioneros que dieron forma al campo . Prensa ACM. ISBN 1-58113-052-X.