Questo non è un vero e proprio tutorial, sono dei miei appunti... in questi giorni sto approfondendo il discorso dell'illuminazione. Per ora ho parlato solo delle caratteristiche fisiche della luce e le sue proprietà, + avanti ho intenzione di aprire un'altra discussione che riguarderà anche come influisce l'illuminazione sulla percezione visiva. Sicuramente il secondo argomento ha + attinenza con la computer grafica e sarà di maggiore interesse, ma queste nozioni sono basilari... spero che l'argomento sia d'interesse e che qualcuno possa anche aggiungere qualche altra informazione :)

Le informazioni (molto riassunte e semplificate) sono prese in parte da internet e in parte da un libro "3D Lighting - History, Concepts And Techniques"

ILLUMINAZIONE 3D


L'illuminazione in una scena 3d è di fondamentale importanza, ha il compito di rendere visibili e riconoscibili gli oggeti presenti nella scena e di dare profondità. Ma una buona illuminazione può aiutare anche a nascondere alcune imperfezioni del modello o una carenza di poligoni e particolari, ancora + importante è il contributo che può dare nel generare un emozione o un atmosfera particolare.

La natura della luce
La luce ha una doppia natura, si manifesta sia sottoforma di onda che corpuscolare. Mentre interagisce con la materia manifesta questa sua doppia natura ed è possibile osservare i vari comportamenti.

RIFLESSIONE E RIFRAZIONE

RiflessioneRifrazione

TRASMISSIONE, trasporto della luce attraverso un mezzo (nelle fibre ottiche ad esempio)

trasmissione



DIFFRAZIONE

diffrazione



INTERFERENZA, intersezione tra + fronti d'onda che provoca l'amplificazione, l'annullamento o la generazione di un'onda composita

interferenza



SCATTERING dispersione all'interno di un 2° mezzo con IOR differente dal 1°

SCATTERING



DIFFUSIONE, dispersione uniforme della luce riflessa da una superficie

diffusione



ASSORBIMENTO, assenza (o quasi) di riflessione o trasmissione.

I tre dischi di alluminio colorati diversamente esposti ad una fonte luminosa hanno 3 temperature differenti a prova che ogni oggetto assorbe luce in quantità differente.

Assorbimento



POLARIZZAZIONE, trasmissione selettiva di luce in base all'orientamento

polarizedglasses



DISPERSIONE, separazione della luce perchè ha attraversato un 2° mezzo con IOR differente dal 1° (prisma)

dispersione




Comportamento della luce

La luce è una radiazione e come tale obbedisce alle regole delle radiazioni, prima di affrontare queste proprietà è giusto distinguere tra "radiazione termica" e "radiazione diffusa". La prima dipende dalla temperatura dell'oggetto che la emette (un oggetto che brucia o il sole) mentre la seconda viene distribuita indirettamente dagli oggetti (la radiazione emessa dagli oggetti che non stanno bruciando o non stanno subendo una qualche reazione chimica)

La legge quadratica inversa

Quando ci si avvicina ad una fonte di luce si avverte un aumentare del calore, al contrario se ci si allontana si può notare una diminuzione del calore e noterete anche che questa variazione non è direttamente proporzionale alla distanza. Questa proprietà della luce è chiamata "legge quadratica inversa".

In assenza di dispersione e assorbimenti l'irradianza è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla fonte. Questa legge è legata luminosità apparente (cioè quella percepita dall'oggetto posto ad una determinata distanza) e non alla luminosità intrinseca della fonte. Mentre la luce si diffonde su una zona + ampia perde intensità, almeno apparentemente.

Per la computer grafica questa legge è di fondamentale importanza, spesso se una scena è troppo scura o troppo chiara si va a modificare erroneamente l'intensità delle fonti luminose quando invece sarebbe meglio impostare correttamente il decadimento e i valori di caduta (fall-off) della luce.

LeggeQuadraticaInversa











La Legge di Wein

Secondo questa legge fisica + un oggetto viene scaldato + vicino al blu sarà la radiazione che emette.

Un esempio chiaro può essere la saldatura, quando si inizia a scaldare dell'acciaio con un saldatore ad una certa temperatura della piastra si nota un'incandescenza giallo/arancione ben visibile, poi diventerà d'improvviso rossa, infine bianca quando arriva a fondersi. Se l'acciaio avesse un punto di fusione + alto con una quantità ancora maggiore di calore arriverebbe all'azzurro fino al viola.

La legge di Wein spiega ad esempio perchè gli oggetti freddi la notte non sono visibili mentre gli oggetti che emanano calore sono maggiormente visibili.


Colore della temperatura

Questo modello di emissione dei colori in base alla temperatura è importante per individuare l'apparenza visiva del colore di una luce, è importante sottolineare la natura apparente di questa scala perchè il colore delle luci artificiali cambia costantemente ed è influenzata da diversi parametri (distribuzione, quantità di corrente elettrica e alloggiamento del dispositivo).

ColoreTemperatura

La Legge di riflessione

Secondo questa legge l'angolo della riflessione è uguale all'angolo dell'incidenza relativo alla normale della superficie nel punto d'incidenza. I programmi di CG rispettano questa legge e si ottengono delle riflessioni credibili poiché si suppone sempre che la luce viaggi in linea retta.

riflessione

La legge di Snell
La luce si propaga nel vuoto a velocità costante e, in
qualunque altro mezzo trasparente, la velocità della luce è sempre di poco inferiore al valore della velocità nel vuoto.
Lo IOR è il rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità in un altro mezzo che varia in base ai componenti chimici (e in alcuni casi anche in base alle lavorazioni chimiche o meccaniche superficiali).
La legge di Snell riguarda la rifrazione della luce e dichiara che il rapporto tra i seni degli angoli d'incidenza è pari al rapporto degli indici di rifrazione (IOR) dei due mezzi che la luce attraversa. Quindi al crescere dell'angolo d'incidenza cresce anche l'angolo di rifrazione, ma in maniera maggiore fino a quando il primo non arriva all'angolo limite e il secondo arriva a 90°. In questa situazione si avrà assenza di rifrazione.
La rifrazione e il parametro IOR in CG serve a simulare gli effetti di distorsione, le riflessioni interne e le caustiche.

Comportamento della luce con i diversi materiali

I materiali si possono suddividere in 2 gruppi "Isotropi" e "Anisotropi". Queste due classificazioni sono relative alla riflessione e alla trasmissione della luce nei materiali.

Le proprietà dei materiali anisotropi (riflessione e trasmissione) possono essere differenti a seconda della direzione rispetto alla quale vengono osservati (quindi dipendono dalla prospettiva e dall'angolo del visore), mentre nei materiali isotropi le proprietà sono indipendenti dalla direzione rispetto alla quale vengono osservate

Le ombre

Quando un oggetto ostruisce in maniera parziale o totale il passaggio della luce genera un'ombra. Le ombre non sono uniformi e possono avere contorni più o meno netti, a mezzogiorno avremo un contorno netto ma in una giornata nuvolosa avremo bordi + sfumati.


La classificazione base delle ombre distingue 2 zone: la "zona d'ombra" e la "zona di penombra".

La prima è quella non illuminata in cui l'ombra ha una tonalità molto scura al centro con un cambiamento graduale della tonalità perchè va a miscelarsi con la seconda zona parzialmente illuminata e quindi di tonalità più chiara.

Nei render l'intensità e il colore delle ombre ha una grande importanza, danno informazioni sia sulla fonte luminosa che sulle caratteristiche dell'oggetto che proietta l'ombra.

OmbraPenobra

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