Из курса физики известно, что свет представляет собой электромагнитное излучение, то есть, имеет волновую природу. Правда, есть и другая, корпускулярная теория, в которой свет рассматривается как поток частиц-фотонов. Таким образом, фотон, с одной стороны, это частица, с другой стороны - волна. Это означает, что свет имеет свойства, присущие как волнам, так и частицам. Каждая из этих теорий позволяет объяснить часть свойств света, но именно часть, а не все. Хитроумные физики сплавили обе теории в одну, назвав ее корпускулярно-волновой. и любят использовать ту ее часть, которая удачнее вписывается в ход их рассуждений.
1.1 Физическая модель света
В этом разделе, следуя вышеупомянутой традиции, будем рассматривать свет с точки зрения потока частиц. Свет состоит из мельчайших сгустков энергии (частиц), называемых фотонами, которые излучаются источником энергии и прямолинейно распространяются в пространстве, пока не произойдет столкновение с внешним объектом в пространстве.
При столкновении фотона с внешними объектами может произойти:
•
отражение (reflectioп) -
фотон отражается от поверхности
•
поглощение(absorption) -
фотон поглощается и отдает свою энергию объекту
•
преломление (Yefraction) -_---
фотон проходит сквозь объект и меняет направление
движения в зависимости от свойств объекта и окружения
· отклонение (diffi ac(ion) - фотон может отклониться и изменить направление в
случае, когда он проходит на очень близком расстоянии от поверхности объекта.
В действительности же источник излучает множество единичных фотонов. Исходя из этого, можно пренебречь фактом, что свет состоит из единичных фотонов, и рассмотреть свет как непрерывный поток энергии. В этом случае к свету можно применить статистические законы, и полученные результаты будут достаточно точны.
Взаимодействие светового потока с окружающими предметами (объектами) позволяет
видеть их. Свет исходит из источника световой энергии. Большое количество фотонов вырываются и с огромной скоростью уносятся от источника, взаимодействуя с предметами, воздействуя на каждую мельчайшую деталь окружающей обстановки. Небольшое количество из них попадает в маленькое темное пятно в середине нашего глаза. Это зрачок. По очень веской причине, суть которой будет объяснена ниже, -зрачок черный. Глаз устроен таким образом, что он несколько подправляет направление движения фотона перед тем, как он достигнет задней части глаза. Здесь фотон поглощается светочувствительными рецепторами. Эти рецепторы дают соответствующие сигналы мозгу. Мозг интерпретирует поступившую последовательность сигналов и снабжает нас подробной информацией об окружении. Но, изображение, которое мы видим на самом деле, не является соответствующим ему набором физических объектов.
Все, что мы получаем, на самом деле лишь его энергетический отпечаток, который прошел огромное количество сложнейших преобразований в нашем мозге. Синий объект - не есть в действительности синий. Мы считаем цвет объекта синим лишь потому, что интерпретируем свет, пришедший от него, как синий.
Через опыт человеческий мозг учится определять и распознавать множество образов и отпечатков, которые создает свет об окружающей нас действительности.
Младенец берет предмет, глядит на него мгновение, затем тащит в рот. Его язык - это прекрасный датчик, и может определять форму и вид поверхности предмета практически так же, как и глаз, а иногда и лучше. Ребенок учится ассоциировать то, что он видит с той формой, которую ему описал язык. Со временем ребенок узнает, что один и тот же предмет может выглядеть по- разному в зависимости от того, как его держать, хотя он по-прежнему является тем же самым предметом. Это очевидно - подумаете вы, но было обнаружено, что слепым с рождения людям, которым медицина вернула зрение, понять вышеизложенное очень сложно. Им также сложно усвоить смысл тени и отражения, суть которых зрячие люди познали еще от рождения. И сам факт того, что можно видеть, еще не означает, что можно понять увиденное.
Именно в этом и заключается разница между данными (Data) и Информацией (Information).
Данные - это световой образ, формирующийся на сетчатке глаза. Информация - это интерпретация этого образа нашим мозгом.
Создавая изображение любого вида, художник пытается сформировать световой образ на сетчатке глаза таким образом, чтобы он интерпретировался мозгом как предмет, который отображает это изображение. Тренированный мозг может извлечь огромное количество информации из изображения. Благодаря этому, человек может получить полное трехмерное представление сцены, изображенной на двухмерной картинке. При этом мозг анализирует порядок взаимодействия света со сценой (набором объектов изображенных на картинке) и на основе такого анализа данных выдает конечное трехмерное представление сцены.
Разнообразие моделей освещения, применяемых в процессе формирования изображений компьютером, - это лишь попытка увеличить количество информации, которую мозг сможет
извлечь.
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; (к месту сказать, что многие компьютерные программы для обработки изображений используют алгоритмы, позволяющие получать улучшения четкости, подобные тем, какие производит глаз человека.)
Оттенки. Блики и тени, тон и структура поверхностей объекта.
Цвет. Цвет объекта, о котором мы поговорим позже.
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.
Специальные отделы головного мозга отвечают за обработку этих четырех
информационных ресурсов. 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, в одном случае женщина потеряла способность ощущать движение. Она могла видеть так же, как все, за исключением способности чутко определять движение объектов. Например, она могла 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 и цвет и движение. Но это не всегда так.
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.
Для художника 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. Ваша картина может быть значительно упрощена. Вот, например. в фильме "Возвращение Джедая" из знаменитых "Звездньх Войн" один из космических кораблей в пространстве - это обыкновенный ботинок. Но никто этого не заметил, потому что ожидали видеть космический корабль, и в том месте действительно был объект, напоминающий его своей формой, поэтому все и видели именно космический корабль.
Можно еще более упростить 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 художника-аниматора, отвечающего за вывод анимационной графики, - обеспечить такие процедуры аппроксимации в визуализирующик фрагментах кода, которые улучшают реализм и точно передают атмосферу, дух создаваемого вами мира. Остальное пусть доделает мозг. Цель художника фотореалистичной графики - попытаться смоделировать взаимодействие света с объектами сцены настолько аккуратно, чтобы оно могло выдержать скрупулезную проверку человеческим мозгом.
Из курса физики известно, что свет представляет собой электромагнитное излучение, то есть, имеет волновую природу. Правда, есть и другая, корпускулярная теория, в которой свет рассматривается как поток частиц-фотонов. Таким образом, фотон, с одной стороны, это частица, с другой стороны - волна. Это означает, что свет имеет свойства, присущие как волнам, так и частицам. Каждая из этих теорий позволяет объяснить часть свойств света, но именно часть, а не все. Хитроумные физики сплавили обе теории в одну, назвав ее корпускулярно-волновой. и любят использовать ту ее часть, которая удачнее вписывается в ход их рассуждений.
1.1 Физическая модель света
Для художника 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. Ваша картина может быть значительно упрощена. Вот, например. в фильме "Возвращение Джедая" из знаменитых "Звездньх Войн" один из космических кораблей в пространстве - это обыкновенный ботинок. Но никто этого не заметил, потому что ожидали видеть космический корабль, и в том месте действительно был объект, напоминающий его своей формой, поэтому все и видели именно космический корабль.