Эффект прожектора

Содержание:

«Я совершил ошибку». «Я шепелявил». «У меня огромное зерно». «Я ношу носки каждого цвета». «Мои ногти плохо накрашены». У всех этих фраз есть нечто общее: многих людей чрезвычайно раздражает мысль о том, что другие могут даже обнаружить в себе недостатки.

Правда в том, что большинство людей, с которыми мы взаимодействуем, даже не заметят этого, но мы можем стать одержимыми той конкретной деталью, которая, возможно, может заставить нас плохо выглядеть, полагая, что все это увидят. Мы сталкиваемся с так называемым эффектом прожектора, психологический феномен, о котором мы и поговорим в этой статье.

Статья по теме: «Низкая самооценка? Когда ты становишься своим злейшим врагом.

Полигональная штриховка [ править ]

Полигональное затенение является частью процесса растеризации, когда 3D- модели рисуются как 2D- пиксельные изображения. Затенение применяет модель освещения в сочетании с геометрическими атрибутами 3D-модели, чтобы определить, как освещение должно быть представлено в каждом фрагменте (или пикселе) результирующего изображения. В многоугольниках модельного магазина 3D геометрические значения , необходимых для процесса затенения. Эта информация включает в себя значения положения вершин и нормали к поверхности , но может содержать дополнительные данные, такие как текстура икарты рельефа .

Пример плоской штриховки.

Пример штриховки Гуро.

Пример штриховки Фонга.

Плоское затенение править

Плоское затенение — это простая модель затенения с равномерным применением освещения и цвета для каждого полигона. Цвет и нормаль одной вершины используются для вычисления затенения всего многоугольника. Плоское затенение стоит недорого, поскольку освещение для каждого полигона необходимо рассчитывать только один раз за визуализацию.

Затенение по Гуро править

Затенение по Гуро — это тип интерполированного затенения, в котором значения внутри каждого многоугольника представляют собой смесь значений его вершин. Каждой вершине дается собственная нормаль, состоящая из среднего значения нормалей к поверхности окружающих многоугольников. Затем вычисляется освещение и затенение в этой вершине с использованием средней нормали и выбранной модели освещения. Этот процесс повторяется для всех вершин в 3D-модели. Затем вычисляется затенение краев между вершинами путем интерполяции между значениями вершин. Наконец, затенение внутри многоугольника вычисляется как интерполяция значений окружающих краев. Затенение Гуро создает плавный световой эффект на поверхности 3D-модели.

Затенение Фонга править

Затенение Фонга , аналогичное затенению по Гуро, представляет собой другой тип интерполяционного затенения, который смешивает значения вершин с затенением многоугольников. Ключевое различие между ними состоит в том, что затенение Фонга интерполирует нормальные значения вершин по всему многоугольнику, прежде чем вычислить его затенение. Это контрастирует с затенением по Гуро, которое интерполирует уже затененные значения вершин по всему многоугольнику. После того, как функция затенения Фонга рассчитала нормаль фрагмента (пикселя) внутри многоугольника, она может применить модель освещения, затеняя этот фрагмент. Этот процесс повторяется до тех пор, пока каждый многоугольник 3D-модели не будет закрашен.

Светотень – Это Количество Видимого

Светотень – это количество информации, получаемой от света.
Мы ещё не говорим о цвете – пока что, наши лучи могут быть лишь
темнее или светлее. 0% светотени (яркость) не содержит информации. Это
не значит, что объект чёрный – мы просто не знаем о нём ничего,
поэтому воспринимаем как чёрный. 100% светотени – это максимальный
объём информации, который мы можем получить в момент времени.
Некоторые объекты отражают много информации, потому для нас они
являются яркими; другие же поглощают большую часть света, ударяющегося
о них, и отражают лишь немного – они кажутся нам тёмными. Как же
тогда перед нами предстают объекты без света? Подсказка: никак.

Эта
интерпретация поможет нам понять, что такое контраст. Контрастность –
это разница между точками: чем больше расстояние между ними на шкале
объёма, тем сильнее контраст. Славно, откуда же тогда берутся разные
значения?

Оттенки Серого: Контраст

Взгляните на иллюстрацию ниже. Наблюдатель получает x информации от А, и y от B. Как видите, x значительно длиннее, чем у (х = 3у). Чем больше расстояние, тем больше потеря информации, поэтому в первом случае мы видим В освещённым правильно, в то время как А несколько более блеклое.

Вторая ситуация разнится. Здесь х и у выглядят приблизительно одинаково (х = 1.3у), поэтому они несут похожее (малое) количество информации.

Результат с точки зрения наблюдателя выглядел бы так:

Но,
погодите, почему тогда близкие объекты тёмные, а отдалённые –
светлые? Чем светлее, тем больше информации, помните? А мы только что
сказали о том, что информация теряется по мере возрастания расстояния.

Эта
потеря объяснима. Почему свет от далёких-далёких звёзд достигает
наших глаз без больших искажений, но здания в нескольких милях от нас
теряют детали и контрастность? Это всё из-за атмосферы. Вы видите
более тонкий слой воздуха, когда смотрите вверх, чем глядя вперёд, где
воздух полон частиц. Лучи, направляющиеся к нашим глазам с большого
расстояния, ударяют эти частицы и теряют определённое количество
информации. В то же время, эти частицы могут отразить нечто другое –
преимущественно, голубой окрас неба. В результате, Вы увидите остатки
первоначального сигнала с различными примесями – это будет выглядеть
ярко, но от оригинальной информации не останется почти ни следа и будет
много лишнего.

Давайте
вернёмся к иллюстрации. Если представить потерю информации в виде
градиента, то можно лучше увидеть, почему близким объектам дозволено выглядеть
тёмными. Также, такое представление позволяет понять визуальное
различие степени затемнения между близкими объектами, и схожесть
значений затемнения у дальних объектов. Теперь очевидно, почему объекты
теряют контрастность при отдалении!

В
этом есть даже больше значения. Наш мозг воспринимает глубину,
высчитывая различия между изображениями, которые видит каждый глаз
отдельно, и с расстоянием эта разница становится всё менее и менее
значительной. В конце-концов, далёкие объекты выглядят плоскими, а
близкие – более трёхмерными.

Грани
(контуры) – это побочный эффект надлежащего освещения на картинке.
Если Ваша картина выглядит плоско и нужно рисовать контуры, чтобы дать
понять, что за фигура изображена, то Вы рисуете не так, как следует.
Линии должны появляться сами по себе, как рамки между двумя разными
значениями затемнения; они полностью основываются на контрасте.

Если Вы используете одну и ту же степень затемнения на двух объектах, то они будут выглядеть слитно.

Ограниченное ретроотражение и его использование

Явление обратного отражения в настоящее время широко используется при производстве автомобилей, в частности при изготовлении поверхности металлических пластин, на которых пишутся номера.

Если на поверхность нанести много маленьких отражающих сфер, то можно добиться того, чтобы она отражала свет не точно обратно, а под некоторым небольшим углом. В таком случае говорят об ограниченной способности ретроотражателя. Такого же эффекта можно добиться, если нанести на поверхности вместо отражающих сфер маленькие пирамидки.

При изготовлении номеров для автомобилей не нужно, чтобы они отражали свет идеально обратно, а необходимо, чтобы отраженный пучок света был почти параллельным к падающему пучку. Благодаря этому свет, падающий на номера автомобиля из фар находящегося сзади него другого автомобиля, отражается от этих номеров, попадает в глаза водителю, и он видит номер движущейся впереди машины.

Проведенные эксперименты

Существование эффекта прожектора документально подтверждено и наблюдается во многих экспериментах. Одним из них был университет Корнельского университета, в котором студентов попросили одеться в рубашки, которые они считали неудобными. После этого их попросили оценить количество людей, которые заметили эту деталь, посчитав ее смущающей. Также были опрошены люди, которые наблюдали. Сравнение данных показало, что менее половины людей, которые, по мнению участников, заметили их, действительно сделали это.

Один и тот же эксперимент проводился разными способами с очень похожими результатами, например, с прической или даже с участием в дебатах

И не только с физическими элементами или выполненными действиями: подобный эффект наблюдается и в вера в то, что другие могут угадать ваше эмоциональное состояние из-за важности нашего поведения или действий

Проводники (Металлы).

У металлов нет диффузной составляющей, так как они не рассеивают свет под поверхностью (вернее, рассеивают, но такое ничтожное количество фотонов, что его можно запросто игнорировать). У них есть только зеркальные отражения.

Металлы окрашивают отражения, а диэлектрики нет, поскольку у металлов намного больше значение поглощения определенной длины волны во время процесса поверхностного отражения. Именно поэтому у металлов зеркальные отражения цветные, а у диэлектриков без окраса.

Но при этом у металлов коэффициент преломления (IOR) НЕ больше чем у неметаллов. К примеру, у золота IOR всего лишь ~0,47. Все дело в том, что у металлов большОе значение комплексной составляющей IOR, из-за чего значительным образом изменяется форма френелевских кривых.

Но так уж совпало, что если взять огромные значения (20-1000) реальной части френелевского уравнения и при этом обнулить комплексную часть, то это даст такую же форму кривой, как и для правильного комплексного френелевского уравнения.

Именно поэтому, я полагаю, в документации к рендереру Maxwell советуют использовать такие огромные значения IOR для металлов и даже пытаются при этом объяснить это «большОй плотностью» металлов (что является полной ерундой).

В случае с металлами свет либо поглощается, либо отражается поверхностью. Величина отражений фотонов, которые попали под поверхность и, отразившись, вылетели обратно, настолько мала, что её игнорируют.

Идеальных зеркальных отражений не имеет ни один из реально существующих материалов. Полированный металл, стекло и вода очень близки к идеальному отражению, но все равно имеют значения отличные от 100%.

Эффект поглощения определенной длины волны света для диэлектриков (мы видим как цвет диэлектрика) – это в основном заслуга именно подповерхностного эффекта. А для металлов это в основном заслуга поверхностного эффекта.

Использование закона на практике

Примеры отражения света встречаются повсеместно.

Рассматриваемый закон встречается намного чаще, чем кажется. Этот принцип широко используется в самых разных сферах:

Зеркало – самый простой пример. Это гладкая поверхность, хорошо отражающая свет и другие типы излучений. Используются как плоские варианты, так и элементы других форм, например, сферические поверхности позволяют отдалять предметы, что делает их незаменимыми в качестве зеркал заднего вида в машине.
Различное оптическое оборудование также работает благодаря рассмотренным принципам. Сюда относится все – от очков, которые встречаются везде, до мощных телескопов с выпуклыми линзами или микроскопов, применяемых в медицине и биологии.
Аппараты УЗИ также используют рассматриваемый принцип. Ультразвуковое оборудование позволяет проводить точные исследования. Рентгеновские излучение распространяется по тем же принципам.
СВЧ-печи – еще один пример применения рассматриваемого закона на практике. Также сюда можно отнести все оборудование, работающее за счет инфракрасного излучения (например, приборы ночного видения).
Вогнутые зеркала позволяют фонарикам и светильникам повысить характеристики. При этом мощность лампочки может быть намного меньше, чем без использования зеркального элемента.

Закон отражения света объясняет многие природные явления, а знание его особенностей позволило создать оборудование, которое широко используется в наше время.

Электрокамины Opti-V с эффектом 5D

Среди иллюзионистов и театральных режиссеров широко используется метод, называемый «призрак Пеппера». В его основу положено размещение зеркальных поверхностей под определенным углом, что позволяет имитировать совмещения объектов, расположенных в разных частях, даже находящиеся за кулисами, таких как люди, реквизит, декорации или изображение на экране.

https://youtube.com/watch?v=xhydJUgAGHc%3F

Современный уровень технологий позволил применить подобную технику в компактных размерах, что позволило выпустить совершенно новой серии электрических очагов Opti-V (Opti-Virtual), производства Faber, являющегося подразделением Glen Dimplex (у нас все же принято называть их Dimplex Opti-V). В результате совмещения виртуальной картины пламени с разлетающимися искрами и макета горящих поленьев достигается объемность и реалистичность огня.

Механизированные камины

Большинство моделей электрических каминов основано на электромеханическом принципе достижения эффекта огня. Изменение света от светодиодов или ламп достигается за счет вращения электродвигателем фигурной маски либо отражения от частиц пленки из металла, закрепленной на вращающемся барабане. Проекция теней и бликов на экран или муляж дров и позволяет создать живой образ горящего пламени.

https://youtube.com/watch?v=UzDRHdLQIFE%3F

К существенным недостаткам электромеханических моделей каминов относится постоянный шум от двигающихся деталей. Особенно это характерно для недорогих конструкций, в которых отсутствует точность регулировки при изготовлении.

Математика освещения

Photometria
рассеянного (diffuse)
векторы

3 вектора для позиции вершины, источника освещения и камеры, смотрящей на сцену
2 вектора для направлений источника освещения и камеры с точки зрения вершины
1 вектор нормали
1 полувектор (он всегда посередине между векторами направлений освещения и камеры)

скалярного произведениянормализованными_C_L_Q
не являетсяφθ_dcs_dirкаждогобесконечноеambient

C_SA — цвет подсветки поверхности
C_GA — цвет подсветки глобальной 3D-сцены
C_LA — цвет подсветки всех источников освещения в сцене

зеркальным (specular)_S_LSpмощностью зеркального отраженияиспускаемым (emissive)
модели Орена-Найяраалгоритмами микрограней

Принцип Гюйгенса

Согласно принципу учёного, каждая точка среды, до которой дошла волна сама становится источником вторичных отражений. Открыть закономерность физику позволили следующие рассуждения. Пусть имеется прибор, который создаёт волну, при этом её передний фронт дошёл до какого-либо места. Можно предположить, что каждая точка излучения будет источником вторичных колебаний. Эти волны сферические. Такая ситуация соответствует моменту времени t0.

Через Δt волна пройдёт расстояние Δt * с. Каждый из источников вторичных волн создаёт свою сферическую вону. Кратко говоря Гюйгенс предложил взять огибающую фронтов, которая и будет новым положение распространения света и соответствовать времени: t = Δt + t0. Эту процедуру можно продолжать для любого момента.

Именно Гюйгенс стал тем, чей принцип помог доказать справедливость закона отражения. Пусть есть горизонтальная плоская поверхность, на которую падает волна. Её ширина определяется первым и вторым граничным лучом. Место встречи их с поверхностью соответственно можно обозначить точками A и B. Волновой фронт перпендикулярен лучам. Распространяется он со скоростью волны к отражающей поверхности. В определённое время фронт касается поверхности в точке A. Противолежащая точка его соприкосновения пусть будет C.

Как только, волновой фронт коснулся A она превращается в источник сферических волн. Они перестанут исходить лишь в том случае, когда C также достигнет поверхности. Можно записать, что Δt = CB / c. Получается, что можно построить огибающую сферических волн множества точек, ставших вторичными источниками. Перпендикуляр к отражённому фронту будет являться отражённым лучом. Фактически получились два треугольника ABC и ABD.

Они оба прямоугольные при этом у них есть общая сторона AB. AD же расстояние, которое можно найти как произведение скорости распространения волн ни изменение времени, то есть: AD = CB. По теореме равенства треугольники равные, значит, и углы у них одинаковые. Следовательно наклон падения равен отражению. Такое доказательство часто показывают в средней школе при обучении оптике в старших классов. Оно простое к пониманию и легко читается, так как не использует формулы и сложные термины.

Источники света [ править ]

Источники света позволяют по-разному вводить свет в графические сцены.

Point

Точечные источники излучают свет из одной точки во всех направлениях, причем интенсивность света уменьшается с расстоянием. Примером точечного источника является автономная лампочка.

Направленный источник света, освещающий местность.

Направленный

Направленный источник (или удаленный источник) равномерно освещает сцену с одного направления. В отличие от точечного источника, интенсивность света, создаваемого направленным источником, не изменяется с расстоянием, поскольку направленный источник рассматривается как находящийся очень далеко от сцены. Примером направленного источника является солнечный свет.

В центре внимания

Прожектор дает направленный световой конус . Свет становится более интенсивным ближе к источнику прожектора и к центру светового конуса. Пример прожектора — фонарик.

Окружающий

Источники окружающего света освещают объекты даже при отсутствии других источников света. Интенсивность окружающего света не зависит от направления, расстояния и других объектов, что означает, что эффект полностью однороден по всей сцене. Этот источник гарантирует, что объекты будут видны даже в полной темноте.

Взаимодействие с освещением [ править ]

В компьютерной графике свет обычно состоит из нескольких компонентов. Общее воздействие источника света на объект определяется комбинацией взаимодействий объекта с этими компонентами. Три основных компонента освещения (и последующих типов взаимодействия) — это диффузное, окружающее и зеркальное.

Декомпозиция световых взаимодействий.

Распространение править

Рассеянное освещение (или диффузное отражение ) — это прямое освещение объекта ровным количеством света, взаимодействующего со светорассеивающей поверхностью. После того, как свет падает на объект, он отражается в зависимости от свойств поверхности объекта, а также угла падающего света. Это взаимодействие вносит основной вклад в яркость объекта и формирует основу для его цвета.

Окружающий править

Поскольку окружающий свет не имеет направления, он взаимодействует равномерно по всем поверхностям, причем его интенсивность определяется силой источников окружающего света и свойствами материалов поверхностей объектов, а именно их коэффициентами отражения окружающей среды .

Specular править

Компонент зеркального освещения придает объектам сияние и блики. Это отличается от зеркальных эффектов, потому что другие объекты в окружающей среде не видны в этих отражениях. Вместо этого зеркальное освещение создает яркие пятна на объектах на основе интенсивности компонента зеркального освещения и коэффициента зеркального отражения поверхности.

Примечания

Указание имени источника делает его гораздо тяжелее для рендеринга. Давайте имена только необходимым источникам света. Несколько источников света с одинаковыми именами движку проще обрабатывать, чем с разными.
light_dynamic — самый тяжёлый, и на некоторых системах может не отображаться
Основные энтити света не связаны с видимыми источниками (например, лампочки). Для этого вам нужна модель. Смотрите список моделей освещения.
Основные энтити света не «отсвечивают», как будто в тумане или сумерках. Чтобы это заработало, скомпилируйте и запустите карту с включённым HDR, или добавьте point_spotlight (с отключенным динамическим освещением, если таковое не нужно) или энтитю env_lightglow.
Карты не будут освещены, если вы не запустите vrad (или эквивалент). VRAD не сможет работать как надо и не будет рассчитывать реалистичное отражение света, если на карте присутствуют утечки.
Некоторые текстуры сами отбрасывают свет и могут быть созданы с помощью в папке мода или в .
Перемещаемые объекты не меняют свечения. Их освещение будет рассчитываться только в соответствии с их положением в Хаммере (например, браш из тёмной комнаты не станет ярче, если его перенести в освещённую комнату).

Использование закона в технике

На сегодняшний день в технике достаточно часто применяются зеркала или зеркальные объекты, имеющие изогнутую отражающую поверхность. Это так называемые сферические зеркала.
Подобные объекты представляют собой тела, которые имеют форму сферического сегмента. Для таких поверхностей характерно нарушение параллельности лучей.
На данный момент существуют два типа сферических зеркал:

вогнутые. Они способны отражать световое излучение от внутренней поверхности своего сегмента сферы. При отражении лучи собираются здесь в одной точке. Поэтому их часто еще называют «собирающими»;

Вогнутое зеркало

выпуклые. Для таких зеркал характерно отражение излучения от наружной поверхности. В ходе этого происходит рассеивание в стороны. По этой причине такие объекты получили название «рассеивающие».

Выпуклое зеркало

При этом существует несколько вариантов поведения лучей:

паление почти параллельно поверхности. В данной ситуации он лишь немного касается поверхности, а отражается под очень тупым углом. Далее он идет по достаточно низкой траектории;
при ответном падении, лучи отбиваются под острым углом. При этом, как мы говорили выше, отраженный луч будет следовать по пути очень близкому падающему.

Как видим, закон исполняется во всех случаях.

Какое влияние оказывает эффект прожектора?

При социальном взаимодействии мы все время от времени бываем чем-то смущены. Но на людей с повышенной тревожностью влияние эффекта прожектора может быть гораздо сильнее. До такой степени, что оказывает воздействие на их работоспособность или чувство собственного комфорта среди других.

К примеру, проспав будильник, и придя на работу с взъерошенными волосами, у вас может возникнуть ощущение, что все коллеги обратили на это свое внимание – кто с улыбкой, кто с осуждением. Что в свою очередь приведет к дискомфорту и желанию избежать повышенного интереса

Это характерно многим, особенно тем, кто подвержен социальной тревоге, чрезмерно сосредоточен на себе самом, своих действиях, внешности, и считает, что окружающие так же подвержены подобному.

Осознание наличия эффекта прожектора помогает уменьшить беспокойство или смущение в социальных ситуациях. Когда приходит понимание, что никто не обращает на вас внимания в той мере, которую вы себе представляете, вы перестаете излишне беспокоиться.

Тем не менее, людям с повышенной социальной тревожностью намного сложнее признать этот факт и преодолеть беспокойство, связанное с эффектом прожектора. Социальная тревога – это нечто большее, чем просто нервозность. Она отражает различия в активности мозга и реакции на окружающую среду. При ней вы можете знать, что ваши чувства иррациональны, но не можете изменить то, как себя ощущаете.

По классу защиты IP

Все светодиодные светильники маркируются по единому международному стандарту. Класс защиты — главная техническая характеристика при выборе уличного, наружного прожектора, который не должен бояться пыли, снега и дождя. Приборы с маркировкой IP65 или IP66 соответствуют таким требованиям.

Первые цифры указывают на уровень защиты корпусов от проникновения посторонних тел: 6 означает, что попадание пыли и грязи исключено. Вторые — это класс защиты элементов прожектора от струи, разбрызгиваемой под любым углом и от потока воды соответственно. Он подходит для дежурного освещения подъездов, стоянок, ворот.

Светильники с более высоким уровнем защиты от влаги используют под водой, например, для подсветки бассейнов и фонтанов.

С увеличением таких параметров, как потребляемая мощность и класс защиты IP прожектора светодиодного 20, цена его становится выше. Высокий класс защиты предполагает лучшее качество светодиодов и материалов, из которых сделан корпус. Для освещения беседки подойдет прожектор с IP 44, а для фасада здания — остронаправленный, с IP 65, антивандальным корпусом и углом освещения 50-90°.

Постоянное развитие технологий делает LED-светильники все более доступными. Их бесспорные преимущества следующие:

мощный и качественный световой поток;
экономичность;
исключение поломок и затрат на обслуживание;
долговечность — прожектор 20 Вт рассчитан минимум на 20 тыс. часов службы;
работа при температуре -40…+60°С.

Двунаправленная функция закраски

Для
моделей закраски, отношение между входящим и исходящим количеством свет
задается в следующем виде:

(4)

Где

– световая энергия, отраженная от поверхности в точке P и в
направлении V

– световая энергия, падающая
на точку поверхности P из направления
–V_i

– значение ДФОС в
точке поверхности P, для направлений V и V_i

Таким образом, количество отраженного света вычисляется
как дискретная сумма значений количества света с n различных направлений, взвешенных двунаправленной
функцией закраски

Такая формулировка хорошо
работает для алгоритмов построения изображения, в которых принимаются во
внимание лишь ограниченное количество точек пространства (обычно в качестве
таких точек выступают точечные или направленные источники света)

Важное
условие, которому должна удовлетворять ДФЗ, это условие нормировки:

при и (5)

Это означает, что для любого направления исходящее
количество света не может быть больше входящего. Однако при этом в случае
наличия нескольких источников света, ихсуммарный вклад в отраженное количество света может быть больше 1.
Поэтому эти значения приводятся к единице либо путем урезания значений единицу
превышающих, либо масштабированием всех значений освещенности на синтезируемом
изображении .

Модели закраски

Всякая эмпирическая модель освещения в компьютерной
графике базируется на некотором наборе качественных знаний о физике света,
которые могут быть сведены к следующим:

·Поверхности различаются
по тому, каким образом они отражают свет

·С одной стороны
существуют рассеивающие поверхности, для которых свет отражается во всех
направлениях

·Некоторые поверхности
отражают свет, падающий на них, одинаково во всех направлениях. Такие
поверхности называют абсолютно рассеивающимиили
поверхностями Ламберта (Ламберт описал отражение света такими поверхностями в
1760 г)

·С другой стороны
существуют зеркальные поверхности, для которых отражение света происходит в
малой области вокруг направления отражения.

·Некоторые зеркальные поверхности
отражают свет исключительно в направлении отражения. Такие поверхности называют
идеально отражающими или Френелевскими (поскольку это явление было описано
впервые Френелем в 1815г)