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Basics of Colour Computation

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Bonjour et bienvenue à la conférence numéro 13 dans le cours Computer Graphics. Donc, maintenant, nous avons couvert plus d'un tiers du cours. Avant d'entrer dans le prochain sujet, faisons une pause pour un instant et réfléchissons à ce que nous avons appris jusqu'à présent. Comme nous pouvons le rappeler, nous avons discuté du processus, du processus d'affichage d'une image sur un écran d'ordinateur. Maintenant, il s'agit d'un concept générique, bien sûr, l'écran peut varier en taille.
Et il n'a pas besoin d'être toujours image. Il peut aussi être des personnages, mais en gros ce qui nous préoccupe dans ce cours est en gros la façon dont un écran ou une unité d'affichage ou une unité de sortie génère une image que le processus est capturé sous la forme d'un ensemble d'étapes que nous appelons un pipeline graphique 3D, actuellement nous discutons du pipeline. Examinons à nouveau les étapes du gazoduc.
Comme vous pouvez le voir ici, il y a 5 étapes. La première étape est la représentation des objets. Dans cette étape, nous définissons des objets dans leur propre système de coordonnées ou local, puis nous avons une seconde étape qui est la modélisation ou la transformation géométrique. Ainsi, dans ce cas, les objets qui sont définis dans les coordonnées locales de cet objet particulier sont transformés en une scène de coordonnées mondiales. Donc, ici une transformation s'effectue de coordonnées locales à coordonnées mondiales.
La troisième étape est l'éclairage. Dans cette étape, nous affectons la couleur aux points de la surface des objets. Nous pouvons considérer que cela se fait dans le système de coordonnées mondiales lui-même. La quatrième étape est en fait un ensemble de sous-étapes. La quatrième étape est un pipeline qui consiste en 5 sous-étapes de la transformation. Donc, à ce stade, il y a une transformation qui se passe de la coordonnée du monde à un nouveau système de coordonnées appelé coordonnées de vue.
Ensuite, il y a un processus appelé écrêtage qui a lieu dans le système de coordonnées de vue, puis un autre processus de suppression de surface masquée qui a lieu dans le système de coordonnées de vue à nouveau. Après cela, il y a une autre transformation appelée transformation de projection. Dans cette étape, une autre transformation de coordonnées s'effectue à partir d'un système de coordonnées de vue 3D vers un système de coordonnées de vue 2D.
Et puis nous avons une autre fenêtre de transformation pour la transformation viewport. Nous transformons ici l'objet de coordonnées de vue 2D en système de coordonnées d'unité. Ensemble, ces cinq sous-stades constituent la quatrième étape de l'observation des pipelines. Et finalement nous avons une conversation de scan qui est la cinquième étape. Ici aussi, une certaine transformation s'effectue de la coordonnée du dispositif à un système de coordonnées d'écran. Donc, ce sont les étapes d'un pipeline graphique 3D.
Nous avons déjà discuté de certaines de ces étapes et certaines de ces étapes sont encore à l'examen. Ce que nous avons discuté?
Nous avons discuté de la première étape qui est la représentation des objets et nous avons également terminé notre discussion sur la deuxième étape qui est la transformation de la modélisation. Maintenant, nous allons commencer notre discussion sur la troisième étape qui est l'éclairage ou l'attribution de la couleur aux objets plutôt que les points de surface des objets. Donc, nous allons commencer par l'idée de base du processus de coloriage quand nous parlons de coloriage de ce que nous voulons dire et comment nous pouvons réellement mettre en œuvre l'idée de coloriage dans le contexte de l'infographie.
Maintenant, comme je l'ai déjà mentionné, la troisième étape traite de l'attribution de couleurs. Alors, pourquoi c'est important? Examinons à nouveau les exemples figurant sur le côté droit de l'écran. Ici, comme vous pouvez le voir sur la figure du haut, nous avons un objet que nous avons assigné la couleur aussi et il y a un autre objet au bas où nous avons encore une couleur. Quelle est la différence entre ce chiffre supérieur et le chiffre du bas?
Voir dans la figure supérieure nous avons attribué la couleur, mais dans cette figure nous ne sommes pas en mesure de percevoir les informations de profondeur. Cette information de profondeur est très importante pour créer une impression de 3D. Ce problème n'est pas là dans la figure inférieure ici. Dans ce cas, comme vous pouvez le voir clairement, en assignant la couleur d'une manière particulière, nous parvenons à créer une impression d'un objet 3D qui n'était pas le cas dans la première image.
Maintenant, comment nous y parvenons? Ici, comme vous pouvez le voir dans cette figure inférieure, la même couleur n'a pas été appliquée partout. Nous avons appliqué différentes couleurs avec des valeurs d'intensité différentes pour nous donner la perception de la profondeur. Maintenant, quand on parle d'assigner la couleur, on parle en fait de cette façon particulière d'attribuer des couleurs pour que nous obtiens l'impression de profondeur.
Maintenant, cette attribution de couleurs appropriée peut être considérée comme la même que celle d'illuminer la scène avec une lumière. Pourquoi on va voir la couleur? Parce qu'il y a de la lumière. S'il n'y a pas de lumière, alors tout sera sombre et nous ne pourrons pas voir la couleur. Donc, essentiellement lorsque nous parlons d'affectation de la couleur, nous faisons en fait référence au fait que la scène est illuminée par une lumière et basée sur cette lumière que nous obtenons pour voir la couleur.
Donc, pour imiter ce processus d'illuminer une scène avec une lumière ce que nous faisons dans le calcul des graphiques, nous prenons en général l'aide d'un modèle type de modèle appelé modèle d'éclairage. Maintenant, dans cette troisième étape, nous allons en apprendre davantage sur les modèles d'éclairage.
Que font ces modèles d'éclairage? Un modèle d'éclairage calcule en fait la couleur et la sortie un nombre, un nombre réel qui représente les valeurs d'intensité, l'intensité de la lumière.
Maintenant, la façon dont ces modèles sont conçus pour qu'ils ne puissent calculer les couleurs qu'en termes de nombres réels continus, mais comme nous savons tous que les ordinateurs sont des machines numériques, ils ne peuvent traiter que les valeurs numériques, les valeurs discrÃ'elles. Ils ne peuvent pas traiter avec des nombres continus. Donc, nous avons besoin d'une méthode, d'une façon quelconque de cartographier ces valeurs continues dans les flux des années 2000 et 1s ou de digitaliser ces valeurs continues, sinon les ordinateurs ne seront pas en mesure de traiter ces valeurs.
Ce processus de cartographie est également très important dans notre processus d'attribution de couleurs aux objets en infographie et cela constitue un élément crucial dans la troisième étape où nous assignons des couleurs. Nous discuterons aussi de ce processus de cartographie. Donc, deux choses au sens large dont nous allons discuter, l'une est le calcul des valeurs d'intensité basées sur les modèles d'éclairage et la seconde chose est de mapper les valeurs d'intensité continue à un ensemble de béliers discret des années 2000 et 1s.
Essons maintenant de comprendre l'idée de base derrière le processus d'illumination.
Comment on va voir la couleur? En fait, c'est le résultat d'un processus, le processus d'illumination.
Le processus suppose qu'il y a une source de lumière qui émet de la lumière. Maintenant il y a peut-être une source, il peut y avoir plus d'une source, mais il doit y avoir une source de lumière qui émet de la lumière. Maintenant, cette lumière émise tombe sur le point, comme dans ce chiffre comme vous pouvez voir que nous avons une source qui est l'ampoule et elle émet de la lumière. L'intensité lumineuse tombe sur ces deux surfaces d'objet.
Maintenant, parfois cette lumière qui vient de la source n'a pas besoin de tomber directement sur le point de surface, elle peut plutôt se refléter à partir d'un autre point, puis tomber sur le point de surface. Comme nous l'avons montré ici, il tombe d'abord sur ces objets, puis se reflète de là et finalement tombe sur ce point. Donc, à ce stade, nous avons deux incidents légers sur ce point. On vient de la source de lumière directe qui est la lumière directe autre ne vient pas directement de la source lumineuse, mais après avoir été réfléchie par une autre surface. Donc, cela peut être considéré comme une source indirecte de lumière.
Donc, à ce stade, nous avons la lumière provenant d'une source directe aussi bien que de source indirecte. Maintenant ce transport de l'énergie lumineuse de la source au point c'est notre source ici source directe et source indirecte. Maintenant de la source au point ce transport de l'énergie lumineuse est appelé illumination. Donc, il s'agit bien sûr d'un processus de transport direct ou indirect d'énergie lumineuse d'une source au point.
Maintenant, cette lumière incidait à ce point se reflète à partir de la surface de l'objet, puis tombe sur nos yeux ou sur l'œil du spectateur. Une fois que nous recevons cette lumière après avoir été réfléchie par la surface de l'objet, nous pouvons percevoir la couleur. Ainsi, l'intensité de cet incident lumineux à l'œil est la couleur perçue ou simplement la couleur du point. Donc, pour rappeler un téléspectateur est à la recherche de ce point ici.
À ce stade, il y a deux feux. On vient de la source directe à travers ce chemin, l'un venant de la source indirecte à travers ce chemin. Maintenant, ce processus de transport de l'énergie lumineuse de la source jusqu'à ce point est illumination. Donc, après avoir illuminé la lumière est en fait réfléchie à partir de ce point et atteint l'œil du spectateur à travers ce chemin. L'intensité de cette lumière réfléchie qui atteint l'œil est en fait la couleur perçue ou simplement la couleur du point.
Donc, essentiellement ce que nous percevons comme la couleur, c'est l'intensité de la lumière qui se reflète à partir du point auquel nous sommes en train de regarder.
Maintenant, ce processus de calcul de l'intensité lumineuse ou de la lumière sortant au point est connu sous le nom d'éclairage et en infographie nous sommes intéressés à simuler ce processus d'éclairage. Donc, il y a deux processus impliqués comme nous venons de discuter: l'un est l'illumination qui est de la source la lumière tombe sur le point soit directement ou indirectement que l'on appelle illumination.
Et à partir de ce moment, la lumière se reflète et atteint l'œil du spectateur qui est l'éclairage et cette intensité de la lumière réfléchie détermine en fait la couleur à ce point. Donc, nous sommes intéressés à déterminer la couleur à ce moment. Nous sommes donc intéressés à imiter le processus d'éclairage.
Parfois, un autre terme est utilisé, appelé ombrage, aussi appelé rendu de surface. Ce terme fait référence au processus d'attribution de couleurs aux pixels de petite différence plus tôt nous parlons d'assigner la couleur à n'importe quel point de surface maintenant nous parlons d'assigner des couleurs aux pixels.
Donc, techniquement les deux sont identiques, tous deux font référence au processus de calcul de la couleur à un point, mais il y a une différence en particulier dans le contexte de l'utilisation de ce terme en infographie. Quelle est la différence?
Ils représentent deux façons différentes de calculer les couleurs à un point. Donc, quand on parle d'éclairage et quand on parle de ombrage sur le plan technique, tous deux font référence à la même chose que nous parlons de la couleur de calcul d'un point. Mais, dans la pratique, lorsque nous utilisons ces termes dans le graphique, nous faisons référence à des concepts légèrement différents et ces concepts sont liés à la façon dont la valeur de la couleur est calculée sur les points.
En cas d'éclairage, nous prenons en compte les propriétés de la source lumineuse et de la surface. Donc, nous essayons essentiellement de simuler le phénomène optique. Donc, quand on parle de couleur, de couleur d'un point de surface, il faut prendre en compte la propriété du matériau de la surface, les propriétés de la source lumineuse et quand on parle de ces propriétés, alors on parle d'éclairage.
Lorsque nous calculons la valeur des couleurs en tenant compte de ces propriétés, nous parlons d'éclairage. Ainsi, il se réfère essentiellement à la couleur de l'informatique en prenant en compte toutes les propriétés optiques qui sont pertinentes dans le calcul des couleurs ou en d'autres termes la simulation des phénomènes optiques.
Pour ce faire, nous utilisons des modèles d'éclairage. Mais ces modèles, comme nous le verrons plus loin, sont des modèles complexes font intervenir beaucoup de calculs, de sorte qu'ils sont essentiellement des calculs intensifs.
Maintenant, dans les graphiques, dans les applications pratiques, comme c'est peut-être évident pour nous tous d'ici maintenant, lorsque nous essayons de rendre une scène, alors il y a un grand nombre de points. Donc, nous devons calculer la couleur à un grand nombre de points. Maintenant à chaque point si nous devons appliquer ce modèle d'éclairage, alors puisque le modèle lui-même est très complexe et intensif de calcul, le temps total requis pour calculer et assigner des couleurs à ces points peut entraîner un certain retard dans le rendu approprié des pixels.
Donc, en d'autres termes, si nous appliquons les modèles d'éclairage pour calculer la couleur sur tous les points de surface, alors nous ne pouvons pas obtenir une image 3D en temps réel de façon réaliste. Il n'est donc pas approprié d'appliquer le modèle d'éclairage pour calculer les couleurs à tous les points de surface. Donc, nous avons un modèle, nous savons comment les optics ont lieu. Nous avons tenu compte des caractéristiques, des propriétés de la surface et de la source.
Mais si nous voulons calculer la couleur, il n'est pas conseillé ou approprié de le calculer à l'aide d'un modèle d'éclairage seulement qui entraînera un retard dans le rendu de l'image.
Maintenant, pour traiter de ces questions, on utilise généralement une approche alternative. Quelle est cette approche?
Donc, au lieu de calculer la couleur à chaque point en utilisant un modèle d'éclairage ce que nous faisons est, nous cartographions les points de surface sur les pixels et ensuite nous utilisons le modèle d'éclairage pour calculer les couleurs pour un petit nombre de pixels sélectionné, donc pas pour tous les pixels uniquement pour un petit nombre de pixels sélectionné qui sont à la surface nous appliquons le modèle d'éclairage. Donc, ici, nous n'appliquons pas le modèle pour tous les pixels qui se trouvent sur les surfaces, à la place nous l'appliquons seulement pour un très petit sous-ensemble de ces pixels de surface.
Par la suite, nous utilisons ces valeurs pour interpoler les couleurs des autres pixels de surface. Donc supposons que nous ayons une surface comme ça maintenant, c'est une carte pour dire cette grille de pixels pour que ce soient les pixels. Donc, il y a au total 16 pixels qui constituent la surface parmi ces pixels que nous pouvons appliquer le modèle d'éclairage pour calculer la couleur d'un seul pixel et ensuite l'utiliser pour interpoler la couleur des autres pixels. Maintenant cette interpolation n'est pas faite en appliquant le modèle d'éclairage au lieu de l'interpolation est faite par beaucoup moins de calcul, la plupart du temps un processus itératif qui nécessite moins de calcul.
Ainsi, l'interpolation des couleurs plutôt que le calcul des couleurs avec les modèles d'éclairage permet d'économiser beaucoup de temps. Ainsi, par exemple, dans ce cas plus tôt, si nous devions utiliser un modèle d'éclairage, nous devions utiliser 16 points. Maintenant, nous utilisons un modèle d'éclairage pour un ou deux points. Et puis il reste 14 ou 15 points que nous colorions à l'aide de l'interpolation qui est une simple itération de simples étapes de calcul. Donc, dans ce processus, nous pouvons gagner beaucoup de temps.
Maintenant, ce processus d'interpolation basé sur la coloration des pixels est généralement appelé "ombrage" en infographie. Donc, nous avons de l'éclairage et nous avons ombrage. Donc, nous distinguerons entre ces deux, bien que techniquement elles soient les mêmes, mais dans le contexte de notre discussion de la troisième étape, nous distinguerons les deux. L'éclairage fait référence à l'application d'un modèle d'éclairage pour calculer la couleur et l'ombrage fait référence à l'application de l'interpolation pour le calcul de la couleur et nous allons en apprendre davantage sur les modèles d'ombrage également dans les conférences subséquentes.

Maintenant, essayons d'apprendre, en bref, certaines informations de base que nous utiliserons pour nos discussions ultérieures sur le modèle d'éclairage, le modèle d'ombrage ainsi que le mappage entre les valeurs d'intensité continue et les valeurs d'intensité discrète. La première chose est les facteurs qui affectent la couleur. Qu'est-ce qui affecte la couleur? Il y a donc deux grandes choses. L'une est la propriété de la source lumineuse et l'autre est la propriété de la surface sur laquelle se trouve le point. Ainsi, les propriétés de surface ainsi que les propriétés de la source de lumière déterminent la couleur d'un point.
A présent, les propriétés de surface comprennent deux types de propriétés optiques, telles que la réflectance et la réfraction. J'espère que vous êtes peut-être au courant de ces termes. La réflectance fait référence au fait qu'une partie de la lumière se reflète que certaines sont absorbées. La réfraction se rapporte au fait que la lumière s'est réfractée en passant par une surface et que la quantité de réflexion ou de réfraction est déterminée par certaines propriétés de réflectance et des propriétés de réfraction.
En dehors de ces propriétés optiques il y a aussi des propriétés géométriques ou des attributs, tels que la position de la surface de l'objet par rapport à l'orientation de la source lumineuse par rapport à la source de lumière et ainsi de suite déterminent aussi la quantité de couleur ou la couleur particulière que nous percevons. Il s'agit des propriétés de surface. Qu'en est-il de la source lumineuse?

Ainsi, dans les graphiques, nous considérons généralement 3 types de source lumineuse. Examinons ces 3 types.

La première est la source lumineuse. Donc, ici ce que nous supposons, c'est que de telles sources émettent de la lumière également dans tous les sens à partir d'un seul point qui est sans dimension et comment caractériser ce type de sources de lumière? Comme il n'y a pas de dimension que nous n'avons pas besoin de caractériser par leur forme ou leur taille, nous les caractérisons simplement par leur position et leurs valeurs d'intensité de la lumière émise. Alors, quelle est la valeur de l'intensité de la lumière qu'ils émettent ainsi que leur position?

Si nous essayons de modéliser une source de lumière très éloignée du point de vue. En général, les sources d'une distance infinie. Par exemple, la lumière du soleil. Nous pouvons utiliser ce concept de source lumineuse ponctuelle pour modéliser de telles sources de lumière. Toutefois, dans de tels cas, étant donné qu'il s'agit d'une très grande position, cela n'a aucun sens. Ainsi, nous ne caractérisons ces sources que par rapport à l'intensité de la lumière émise. Ainsi, seule l'intensité de la lumière émise caractérise les sources lumineuses qui sont infiniment distantes du point.

Nous avons ensuite une source directionnelle ou un projecteur. Nous avons donc utilisé ce type de sources lumineuses pour simuler un faisceau d'effet lumineux. Dans ce cas ce que nous supposons est qu'il se compose d'une source lumineuse ponctuelle et que cette source émet de la lumière dans une limite angulaire, de sorte que dans cette limite caractérisée par cet angle thêta. Maintenant, si un point est dans cette limite, alors ce point est illuminé, si un point est en dehors de cette limite, alors il ne sera pas illuminé par cette source lumineuse particulière.

Pour l'essentiel, les sources de lumière peuvent être caractérisées par trois choses: la position de la source ponctuelle, la limite angulaire caractérisée par cet angle et l'intensité lumineuse émise. Donc, l'intensité avec laquelle il émet la lumière. Plus tard, nous verrons que cette intensité varie d'un point à l'autre pendant que nous discuterons du modèle d'éclairage.

Donc, le troisième type de lumière est la lumière ambiante ou la lumière provenant de sources indirectes. Donc, parfois il y a peut-être des objets qui ne sont pas directement illuminés par une source lumineuse, mais nous sommes toujours capables de le voir. Comment? Parce que la lumière qui est émise par la source lumineuse se reflète par d'autres objets qui entourent cet objet particulier d'intérêt et qui reflètent la lumière provenant d'autres objets tombent sur l'objet d'intérêt et viennent ensuite à nos yeux et nous obtenons pour voir cet objet particulier.
Comme l'exemple montré ici même si on suppose que cette lumière directe n'est pas encore disponible, nous serons en mesure de voir cet objet de ce point particulier parce que cette lumière est en train de tomber sur cet objet ici, puis de se refléter et de tomber sur le point d'intérêt et ensuite de là se refléter et vient à notre œil. Donc, on arrive à voir ce point parce qu'il reçoit la lumière de cette source, la source indirecte. Il s'agit maintenant d'une illumination indirecte à partir des surfaces environnantes.

Et c'est aussi un type de source lumineuse que nous appelons lumière ambiante, mais si nous voulons modéliser cet effet de lumière ambiante qui est la quantité de lumière réfléchie par les surfaces environnantes et qui tombent sur le point d'intérêt, que comme vous pouvez probablement deviner, il va être assez complexe parce qu'il peut y avoir un grand nombre d'objets à des positions différentes, des orientations avec des propriétés de surface différentes.
Et si nous devons calculer l'intensité lumineuse de chacun de ces points de surface qui, en fin de compte, tombe sur ce point d'intérêt et qui va prendre beaucoup de calculs et qui est susceptible de prendre beaucoup de temps. Ainsi, typiquement dans les graphiques pour éviter ces calculs complexes, nous supposons un modèle simplifié de lumière ambiante que nous verrons également dans notre discussion sur le modèle d'éclairage.

Et ce modèle simplifié est appelé la source de lumière ambiante. Nous supposons donc qu'il y a une source de lumière ambiante qui a des effets sur tous les points de surface de façon uniforme qui, bien sûr, n'est pas le cas, mais nous supposons que et nous verrons cette hypothèse mène à des images réalistes dans la plupart des cas sans trop de calculs supplémentaires.
Donc, pour résumer, quand nous parlons de la couleur de l'informatique, nous devons prendre en compte deux choses, l'une est les propriétés de surface à la fois les propriétés optiques ainsi que les propriétés géométriques et l'une est la source lumineuse et nous venons de discuter de 3 types de sources lumineuses. L'une est la source lumineuse ponctuelle caractérisée par la position et l'intensité de la lumière émise, mais si nous envisageons une source lumineuse ponctuelle à un endroit très, très éloigné, alors la position n'est pas importante seulement l'intensité lumineuse émise caractérise de telles sources.
Ensuite, nous avons les projecteurs caractérisés par la position de la source lumineuse ponctuelle l'étendue de la propagation angulaire de la lumière et l'intensité de la lumière émise et le troisième type est la source de lumière ambiante où nous supposons qu'il existe un modèle simplifié d'effet de lumière ambiante et que ce modèle est encapsulé sous la forme d'une seule source de lumière qui affecte tous l'objet dans une scène uniformément.
Nous allons en apprendre davantage sur ces sources au cours de notre discussion sur le modèle d'éclairage que nous allons voir comment ces sources et les propriétés de surface vont affecter les calculs dans un modèle d'éclairage.

Une autre chose à propos de cette lumière ambiante est que le modèle simplifié que nous supposons est que nous supposons que de telles sources lumineuses n'ont pas de caractéristiques spatiales ou directionnelles. Par conséquent, on suppose qu'ils éclairent toutes les surfaces de façon égale et qu'ils ne sont caractérisés par une seule chose que l'intensité de la lumière ambiante. Ce sont des considérations cruciales pour pouvoir modéliser le processus d'éclairage sans imposer trop de temps de calcul sur le système.

Donc, avec cette connaissance de fond, nous discuterions de l'idée d'un modèle d'éclairage en termes d'un modèle d'éclairage simple que nous ferons lors de la prochaine conférence. Vous pouvez noter le terme "simplement" bien que nous verrons dans la pratique qu'il est encore complexe, mais c'est le plus simple de tous les modèles d'éclairage possibles qui sont là et utilisés dans les graphiques. Nous discuterons également des calculs et de la façon de réduire les calculs en simplifiant certaines hypothèses. Ce modèle d'éclairage sera discuté lors de la prochaine conférence.

Ce que j'ai discuté aujourd'hui se trouve dans le chapitre 4 du chapitre 4.1. Vous pouvez consulter cette section pour en savoir plus sur les sujets que j'ai abordés au cours de la conférence d'aujourd'hui. À la prochaine conférence. Till, alors au revoir et merci.