फोंग छायांकन के बारे में थोड़ा

“हम यह उम्मीद नहीं कर सकते हैं कि हम वस्तु को ठीक उसी तरह प्रदर्शित कर पाएंगे जैसा कि वास्तविकता में है, बनावट, छाया आदि के साथ। हम केवल एक ऐसी छवि बनाने की उम्मीद करते हैं जो यथार्थ के एक निश्चित अंश को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त है। ”

बुि टयोंग फोंग

बुई थोंग फोंग 1941 में पैदा हुए थे और वियतनाम युद्ध के दौरान एक कंप्यूटर वैज्ञानिक बन गए थे। 60 के जहरीले वातावरण में अपनी पढ़ाई पूरी करना उनके लिए मुश्किल रहा होगा, इस तथ्य का उल्लेख नहीं करना कि उन्हें मोर्चे पर बुलाया गया था! लेकिन वह 1975 तक जीवित रहने और जीवित रहने में कामयाब रहे, इससे पहले कि ल्यूकेमिया ने प्रकाश और छायांकन के आधुनिक सिद्धांत की दुनिया के लिए नींव रखने के दो साल बाद ही अपना जीवन ले लिया: फोंग की छाया। वियतनामी नामों में तीन भाग होते हैं: उपनाम, मध्य नाम और व्यक्तिगत नाम। यही है, जब लोग कहते हैं "फोंग shader", वे व्यक्तिगत नाम Bui Tyong कहते हैं। आप विकिपीडिया पर व्यक्तिगत नामों के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं।


मुझे यकीन नहीं है कि यह फोंग है, लेकिन Google के अनुसार, हां।

“धीरे से बाम्बी को धूप दो
मेरे मरने के बिस्तर के आसपास खेलो,
ई। मंद रोशनी वाली घाटी
मैं अकेला पैरों के साथ चलना चाहिए। "

लेट द लाइट एन्टर - फ्रांसिस हार्पर की एक कविता

फोंग की छाया बेहद संक्षिप्त गणित पर आधारित है। जो, वास्तव में, आपको जानने की आवश्यकता नहीं है, जब तक कि आप ईमानदारी से ग्राफिक्स प्रोग्रामर बनने की इच्छा न करें। हालांकि, लंबे समय में, उसका ज्ञान उपयोगी होगा। नीचे OpenGL शानदार, ग्राहम सेलर्स द्वारा 7 वें संस्करण और क्रोनोस ग्रुप ARB फाउंडेशन के अंश हैं।

ए) कुछ अवधारणाओं

सबसे पहले, आइए अवधारणाओं को समझें। यदि आप एक मिनट के लिए भी 3 डी मॉडलिंग या गेम डेवलपमेंट के साथ काम कर रहे हैं, तो आप पहले ही उनका सामना कर चुके होंगे, लेकिन पुनरावृत्ति ने किसी को परेशान नहीं किया है।

ए -1) एम्बिएंट लाइट

अधिकांश पुस्तकें, विशेष रूप से निम्न-गुणवत्ता वाले, इस प्रकाश व्यवस्था की तुलना सूर्य के प्रकाश से करते हैं, लेकिन यह पूरी तरह से असत्य है। परिवेश प्रकाश व्यवस्था सूरज की रोशनी नहीं है। यह सभी दिशाओं से आता है, अर्थात्, यह सर्वव्यापी है, लेकिन गणना में यह केवल तीन घटकों के साथ एक वेक्टर है। फोंग के छायांकन में, इसे अंत में जोड़ा जाता है, लेकिन बदलता नहीं है।

ए -2) डिफ्यूज़ / डिफ्यूज़ लाइट

डिफ्यूज़ लाइटिंग की एक दिशा होती है। यह वास्तव में [sic] प्रकाश स्रोत का एक दिशात्मक घटक है । सिनेमा में, प्रकाश एक नरम बॉक्स का उपयोग करके बिखरा हुआ है, और कंप्यूटर ग्राफिक्स में, प्रकाश एक सूत्र का उपयोग करके बिखरा हुआ है, जिसे हम नीचे दिखाएंगे। परिमाण, अर्थात् विसरित रोशनी का आकार, सतह पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, यदि सतह मैट है, अर्थात यह प्रकाश को प्रतिबिंबित करने की तुलना में अधिक अवशोषित करता है, तो एक चिकनी सतह के मामले में मूल्य अधिक से अधिक होगा।


एक पाले सेओढ़ लिया स्क्रीन से बिखरे / अवशोषित परिवेश प्रकाश

A-3) स्पेक्युलर हाइलाइट

विसरित प्रकाश की तरह, प्रतिबिंबित प्रकाश दिशात्मक है, लेकिन सतह चमक के आधार पर; यह एक चमक को छोड़ देता है जिसे शिननेस कहा जाता है। वास्तविक जीवन में, ग्लोस सामग्री का अभिन्न हिस्सा नहीं है। वास्तव में, एक फिल्म कोटिंग या मोम की एक बूंद कुछ और की तुलना में चमक में बहुत अधिक जोड़ देगी। रिफ्लेक्टेड ग्लोस एक ऐसा कारक है जो 0 से 128 तक होता है, क्योंकि 128 से ऊपर के मूल्यों पर यह बहुत कम असर नहीं करेगा।


फिल्म के साथ फिल्म - एक चमकदार फिल्म कोटिंग के साथ मोटी रंगीन कागज, एक बच्चे के लिए एक वास्तविक उपहार।

A- 4) अलबेडो

यह सतह द्वारा परावर्तित प्रकाश का अंश है।

A-5) फोंग फॉर्मूला

फोंग के अनुसार सामग्री की गणना करने का सूत्र निम्नानुसार है:

$$

$$I_p = k_ai_a + k_d \ left (\ vec {L}। \ Vec {N} \ right) i_d + k_s \ left (\ vec {R}। \ Vec {V} / right) ^ \ Alpha i_s $$$

जहां:

$$$k_a$ : परिवेश सामग्री

$$$k_d$ : डिफ्यूज़ मटीरियल

$$$k_s$ : विशिष्ट सामग्री और $$$\ अल्फा$ : ग्लॉस वैल्यू

$$$i_a$ : परिवेश प्रकाश

$$$i_d$ : फैलाना प्रकाश

$$$i_s$ : अप्रत्यक्ष प्रकाश

आप पूछ सकते हैं, वैक्टर के बारे में क्या? चिंता न करें, अब हम उनके बारे में बताएंगे:

$$$\ vec {N}$ : सतह के लिए सामान्य

$$$\ vec {L}$ : छायांकित बिंदु से प्रकाश स्रोत तक इकाई वेक्टर (दूसरे शब्दों में, प्रकाश वेक्टर)

$$$\ vec {R}$ : प्रकाश वेक्टर के नकारात्मक मूल्य का प्रतिबिंब

$$$\ overrightarrow {V}$ : वेक्टर दर्शक की ओर निर्देशित

बी) गौर्ड शेडिंग

फोंग की शेडर में शुरू करने से पहले, आइए देखें कि आप जीएलएसएल पर गौरो शेडिंग कैसे प्राप्त कर सकते हैं। कृपया ध्यान दें कि मैं संस्करण GLSL 4.1 का उपयोग शानदार के रूप में करता हूं, लेकिन यदि आप www.learnopengl.com के प्रशंसक हैं, तो आप 3.3 का उपयोग कर सकते हैं। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता तो, आइए देखें कि गौराड छायांकन क्या है।

इस छायांकन विधि का आविष्कार हेनरी गौर्ड ने 1971 में किया था। यह किसी भी तरह से फोंग छायांकन को पार नहीं करता है, और आज यह मुख्य रूप से सिनेमा 4 डी जैसे पैकेजों में GPU-कम लोडिंग पूर्वावलोकन विधि के रूप में उपयोग किया जाता है। उनकी समस्या यह है कि भड़कना वह एक चिंगारी जैसा दिखता है:


यह समस्या रंगों के बीच के प्रक्षेप के कारण होती है, और त्रिकोण के बीच अंतराल इसलिए होता है क्योंकि रंग रैखिक रूप से प्रक्षेपित होते हैं। यह समस्या केवल फोंग शेडर में हल की गई थी। आइए देखें कि आप जीएलएसएल 4.1 पर गाउरो शेडिंग को कैसे लागू कर सकते हैं।

लिस्टिंग 1 : जीएलएसएल 4.1 पर Gourox वर्टेक्स शेडिंग

#version 410 core // Per-vertex inputs layout (location = 0) in vec4 position; layout (location = 1) in vec3 normal; // Matrices we'll need layout (std140) uniform constants { mat4 mv_matrix; mat4 view_matrix; mat4 proj_matrix; }; // Light and material properties uniform vec3 light_pos = vec3(100.0, 100.0, 100.0); uniform vec3 diffuse_albedo = vec3(0.5, 0.2, 0.7); uniform vec3 specular_albedo = vec3(0.7); uniform float specular_power = 128.0; uniform vec3 ambient = vec3(0.1, 0.1, 0.1); // Outputs to the fragment shader out VS_OUT { vec3 color; } vs_out; void main(void) { // Calculate view-space coordinate vec4 P = mv_matrix * position; // Calculate normal in view space vec3 N = mat3(mv_matrix) * normal; // Calculate view-space light vector vec3 L = light_pos - P.xyz; // Calculate view vector (simply the negative of the view-space position) vec3 V = -P.xyz; // Normalize all three vectors N = normalize(N); L = normalize(L); V = normalize(V); // Calculate R by reflecting -L around the plane defined by N vec3 R = reflect(-L, N); // Calculate the diffuse and specular contributions vec3 diffuse = max(dot(N, L), 0.0) * diffuse_albedo; vec3 specular = pow(max(dot(R, V), 0.0), specular_power) * specular_albedo; // Send the color output to the fragment shader vs_out.color = ambient + diffuse + specular; // Calculate the clip-space position of each vertex gl_Position = proj_matrix * P; } 

और अब टुकड़े टुकड़े करना।

लिस्टिंग 2: एक ही अवधारणा के टुकड़े shader।

 #version 410 core // Output layout (location = 0) out vec4 color; // Input from vertex shader in VS_OUT { vec3 color; } fs_in; void main(void) { // Write incoming color to the framebuffer color = vec4(fs_in.color, 1.0); } 

ग) फोंग छायांकन

आगे बढ़ने से पहले, आइए याद रखें कि फोंग छायांकन और फोंग प्रकाश दो अलग अवधारणाएं हैं। आप अधिक चक्कर जोड़कर गुआर भड़क के "स्नोफ्लेक" से छुटकारा पा सकते हैं, लेकिन अगर हम फोंग में छायांकन क्यों कर रहे हैं? फोंग छायांकन में, रंग कोने के बीच प्रक्षेपित नहीं किया जाता है (जैसा कि सूची 1 और 2 में), हम सतह के लिए सामान्य कोने के बीच प्रक्षेपित करते हैं , और प्रत्येक पिक्सेल के लिए सभी प्रकाश गणना करने के लिए उत्पन्न सामान्य का उपयोग करते हैं, कोने नहीं। हालाँकि, इसका अर्थ है कि टुकड़े टुकड़े करने वाले को अधिक काम करना होगा, जैसा कि सूची 4 में दिखाया गया है। लेकिन पहले, आइए देखें कि शीर्ष की छायादार है।


लिस्टिंग 3: जीएलएसएल 4.1 पर फोंग शेडर की शीर्ष छायाकार।

 #version 410 core // Per-vertex inputs layout (location = 0) in vec4 position; layout (location = 1) in vec3 normal; // Matrices we'll need layout (std140) uniform constants { mat4 mv_matrix; mat4 view_matrix; mat4 proj_matrix; }; // Inputs from vertex shader out VS_OUT { vec3 N; vec3 L; vec3 V; } vs_out; // Position of light uniform vec3 light_pos = vec3(100.0, 100.0, 100.0); void main(void) { // Calculate view-space coordinate vec4 P = mv_matrix * position; // Calculate normal in view-space vs_out.N = mat3(mv_matrix) * normal; // Calculate light vector vs_out.L = light_pos - P.xyz; // Calculate view vector vs_out.V = -P.xyz; // Calculate the clip-space position of each vertex gl_Position = proj_matrix * P; } 

लगभग कुछ भी नहीं बदला है। लेकिन टुकड़े टुकड़े में, स्थिति पूरी तरह से अलग है।

लिस्टिंग 4: फोंग टुकड़ा shader shader।

 #version 410 core // Output layout (location = 0) out vec4 color; // Input from vertex shader in VS_OUT { vec3 N; vec3 L; vec3 V; } fs_in; // Material properties uniform vec3 diffuse_albedo = vec3(0.5, 0.2, 0.7); uniform vec3 specular_albedo = vec3(0.7); uniform float specular_power = 128.0; uniform vec3 ambient = vec3(0.1, 0.1, 0.1); void main(void) { // Normalize the incoming N, L and V vectors vec3 N = normalize(fs_in.N); vec3 L = normalize(fs_in.L); vec3 V = normalize(fs_in.V); // Calculate R locally vec3 R = reflect(-L, N); // Compute the diffuse and specular components for each fragment vec3 diffuse = max(dot(N, L), 0.0) * diffuse_albedo; vec3 specular = pow(max(dot(R, V), 0.0), specular_power) * specular_albedo; // Write final color to the framebuffer color = vec4(ambient + diffuse + specular, 1.0); } 

खैर, यह लेख का अंत है, मुझे आशा है कि आपको यह पसंद आया। यदि इसने आप में ओपनजीएल में रुचि की एक चिंगारी को जन्म दिया है, तो आप ओपनजीएल को अमेज़ॅन पर खरीद सकते हैं या learnopengl.com का पता लगा सकते हैं। यदि आप shaders के साथ व्यवहार नहीं कर सकते, तो मैं बुक ऑफ शेड्स की सलाह देता हूं।