Какую информацию может извлечь мозг?

Человеческий мозг может извлечь и интерпретировать 4 информационных ресурса из потока видимых данных:

Форма

Это внешний вид объекта (предмета) в сцене, его видимые границы и края. Глаз человека обладает способностью улучшать четкость воспринимаемого изображения, что позволяет увереннее распознавать края предметов;

Оттенки

Яркостные переходы. Блики и тени. Тон и структура поверхностей.

Движение

Мозг человека особенно восприимчив к движению объектов. Прекрасно " камуфлированное" животное мгновенно будет обнаружено, если оно пошевелится. Очень часто, если вы потеряли курсор на экране монитора, лучший способ найти его - двинуть мышкой.

Цвет

Специальные отделы головного мозга отвечают за обработку этих четырех информационных ресурса. Это было неоднократно доказано в случаях анализа черепно-мозговых травм, получаемых человеком. Как только человек получает травму и лишается отдела головного мозга, отвечающего за любой из вышеперечисленных ресурсов, то он сразу утрачивает способность к восприятию этой информации. Например потеряна способность ощущать движение. Видишь так же, как все, за исключением способности чутко определять движение объектов. Например, можно видеть автомобили на дороге, но никогда не могла сказать с первого взгляда - движутся они или нет.

Способность к восприятию принимается человеком как само собой разумеющееся. Принято считать, если вы можете видеть, то, значит, вы в состоянии определить форму, оттенки, цвет и движение. Но это не всегда так (общий случай доказательства - оптические иллюзии).

Нам простили…

Не менее важной является информация, которую мозг добавляет или удаляет во время анализа. Когда мы созерцаем, мы имеем дело с гигантскими объемами информации. Было бы просто невозможным проанализировать и запомнить все сведения до мельчайших деталей. Да это и не нужно. Большая часть сведений (данных), поступающих нам через зрение, не обладают какой-либо ценностью. Мозг автоматически производит фильтрацию этого " мусора", позволяя нам сконцентрироваться на более значимой информации. Что еще более важно, мозг также добавляет недостающую информацию. Человеческое зрение имеет " мертвые зоны", но, тем не менее, мы этого не замечаем, потому что пробелы будут всегда заполнены подходящей информацией. Наш мозг много прощает.

Для программиста это означает то, что ему совсем не нужно прорисовывать изображение с точностью до мельчайших деталей. Большинство из этих деталей будет просто проигнорировано и " заполнено" чем-то другим. Картина может быть значительно упрощена. Например, в пятой части " Звездных Войн" один из астероидов картошка, а другой - обыкновенный ботинок. Но никто не заметил, потому что ожидали видеть астероид, а в том месте действительно был объект, напоминающий его своей формой, поэтому все и видели именно астероид.

Вы можете еще более упростить свое конечное изображение, если сцена находится в движении. Нажмите паузу на видеомагнитофоне и посмотрите на неподвижное изображение, оно выглядит никуда негодным, но мы этого не замечаем, когда оно в движении.

Цель программиста, отвечающего за вывод графики в реальном времени, - обеспечить такие процедуры аппроксимации в визуализирующих фрагментах кода, которые улучшают реализм и точно передают атмосферу, создаваемого вами мира. Остальное пусть делает мозг.

Цель программиста фотореалистичной графики - попытаться смоделировать взаимодействие света с объектами сцены настолько аккуратно, чтобы оно могло выдержать скрупулезную проверку человеческим мозгом.

44. Свет. Свойства света ( простейшие законы). (км)

Закон обратной пропорциональности квадрату расстояния:

Как определить яркость света? Представьте, что у вас есть идеальный источник света. Такой источник не имеет объема и размеров, а существует в виде точки в пространстве. Его можно включить и выключить, и это переключение происходит мгновенно, без потерь времени на переходные процессы. Это как раз тот источник света, с которым возможно работать внутри виртуального мира компьютера. В реальном мире такие источники невозможны.

А теперь представим, что мы включили источник на очень короткое время, короткое настолько, насколько можно себе представить. В этот момент свет начинает распространяться в разные стороны от источника, образуя сферу. Представим, что мы рассматриваем небольшой фрагмент этой сферы. По мере того, как лучи света все больше и больше удаляются от источника, размер сферы растет, соответственно, растет и размер исследуемого нами фрагмента. Яркость этого фрагмента прямо пропорциональна плотности содержащихся в нем фотонов.

Разумеется, если размер фрагмента растет, а количество фотонов остается неизменным, то плотность фотонов в нем уменьшается.

Площадь поверхности сферы прямо пропорциональна квадрату ее радиуса. Таким образом, яркость маленького фрагмента будет обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света.

где: Brightness - величина, определяющая яркость (интенсивность) света в точке отстоящей от источника света на расстоянии r; k - некоторая константа, определяющая яркость (интенсивность) самого источника света. Это и есть закон обратной пропорциональности квадрату расстояния. Этот закон применим ко всем источникам света, кроме лазеров.

Закон косинуса

Какова освещенность поверхности? Теперь, после того, как свет покинул источник, он может взаимодействовать и окружающими предметами. Сейчас мы обсудим теорию взаимодействия света с поверхностью непрозрачного предмета. Здесь очень важно знать, как много света будет в любой точке на поверхности этого объекта. Когда поверхность целиком обращена к свету - максимальное количество света достигает ее. Вся поверхность освещена. Когда поверхность расположена под некоторым углом к падающему на нее свету, площадь сечения, обращенного к свету, становится меньше. Что выражается в меньшем количестве световой энергии, воздействующей на поверхность.

Когда вектор нормали к плоскости поверхности находится под прямым углом к падающему свету, то свет просто-напросто проходит мимо поверхности, и она совсем не освещается. Таким образом, количество световой энергии, воздействующей на поверхность, есть функция от ориентации поверхности по отношению к воздействующим лучам света.

Освещенность = cos(a) * brightness;

где: a - угол между нормалью к поверхности и направлением света; brightness - яркость (интенсивность) света.

А что же дальше?

А вот теперь предположим, что у света есть выбор. Он может быть поглощен поверхностью, отражен или пропущен сквозь нее.

Поглощение: Некоторое количество света может быть поглощено поверхностью. В этом случае происходит обычный нагрев поверхности. Постольку, поскольку мы говорим только о компьютерных изображениях, то чаще всего мы можем просто игнорировать это явление.

Отражение: Большая часть света " отскочит" от поверхности. Направление отраженного света в некоторой степени зависит от самой поверхности. Если поверхность совершенно гладкая (абсолютно блестящая), свет отразится от поверхности под точно таким же углом к нормали, под каким углом он к ней пришел. При этом нормаль будет биссектрисой угла между направлением прихода луча и направлением его отражения. Это явление можно наблюдать на зеркальных или полированных металлических поверхностях. Мы сможем заметить яркое отражение от поверхности, только смотря на нее под определенным углом.

Если поверхность абсолютно рассеивающая, то отраженный свет будет распространяться во многих направлениях. В природе не существуют абсолютно рассеивающие поверхности. Грубо обработанное дерево прекрасно рассеивает свет, как и матовая краска, но оба материала все же имеют некоторый (ненулевой) блёск. Наиболее яркое отражение от этих поверхностей будет заметно под разными углами зрения. Большинство природных и искусственных материалов находятся где-то посередине между этими двумя крайностями. Они одновременно обладают свойствами блеска (shininess) и рассеивания (diffuse). Чтобы заметить рассеянный свет от поверхности, положение ваших глаз не имеет значения, для того, чтобы заметить отблеск, угол зрения должен быть строго определенным.

Преломление: Когда свет проходит сквозь поверхность, он проходит из одной среды в другую. В момент прохода через границу сред возникающие квантовые эффекты заставляют свет изменить свое направление. Такое изменение направления движения света называется преломлением (refraction). Точное значение величины угла изменения направления зависит от взаиморасположения поверхностей сред и свойства среды под названием коэффициент преломления. Пустота (вакуум) имеет коэффициент, равный единице. У воздуха этот коэффициент чуть ниже. Более твердые материалы и среды имеют более низкие коэффициенты преломления.

Преломление - очень сложное явление, требует больших вычислительных мощностей при его моделировании. Для вывода на экран в реальном времени более подходящим является применение технологии трассировки лучей.

Еще дальше: После взаимодействия с поверхностью, если, конечно, он не был поглощен, свет продолжает свой путь и продолжает взаимодействовать с другими предметами. Единичный фотон будет продолжать отражаться от многих и многих поверхностей, пока окончательно не растратит свою энергию. Эти многочисленные итерации сложно моделировать, да и займут они колоссальное время на визуализацию. Производя рендеринг графики в реальном времени, полагают, что свет взаимодействует с поверхностью один раз.

45. Диффузное отражение и рассеянный свет.

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒