1. Compare os modelos em termos de fidelidade visual e desempenho computacional.
  2. Apresente o modelo completo de iluminação com as componentes ambiente, difusa e especular, explicando cada parte da equação.

Passo 1

O exercício pede duas coisas em Computer Graphics:
1. Comparar os principais modelos de sombreamento (flat, Gouraud e Phong) em termos de fidelidade visual e custo computacional.
2. Apresentar o modelo completo de iluminação com componentes ambiente, difusa e especular, explicando cada termo da equação.

Passo 2

Para comparar os modelos de sombreamento, vamos considerar:
– Fidelidade visual: quão bem o modelo reproduz variações de cor e luz em superfícies curvas.
– Desempenho computacional: quantas operações de iluminação são feitas em vértices ou pixels.
Flat shading
\bullet calcula a cor uma única vez por face (normal da face)
\bullet fidelidade baixa: superfícies parecem facetadas
\bullet custo muito baixo: só uma avaliação por face
Gouraud shading
\bullet calcula iluminação em cada vértice e interpola cores ao longo dos polígonos
\bullet fidelidade média: captura bem o sombreamento suave, mas perde reflexos pontuais (specular highlights) pequenos
\bullet custo moderado: iluminação em vértices (menos que em pixel), mais trabalho de interpolação
Phong shading
\bullet interpola normais em pixel e calcula iluminação para cada pixel
\bullet fidelidade alta: reflete specular highlights com precisão e superfícies parecem suaves
\bullet custo alto: várias operações de produto escalar e exponenciação por pixel

Passo 3

O modelo completo de iluminação combina três componentes lineares. Em cada ponto do objeto, a intensidade resultante I é:
I = I_{\text{amb}} + I_{\text{diff}} + I_{\text{spec}}
onde cada termo é:
I_{\text{amb}} = I_a \,k_a
\bullet I_a: intensidade da luz ambiente (global)
\bullet k_a: coeficiente de reflexão ambiente do material
I_{\text{diff}} = I_l \,k_d\,\max(0,\,L\cdot N)
\bullet I_l: intensidade da fonte de luz
\bullet k_d: coeficiente de reflexão difusa (Lambert)
\bullet L: vetor unitário da luz
\bullet N: vetor unitário da normal na superfície
\bullet \max(0,\,L\cdot N): garante iluminação apenas na face visível
I_{\text{spec}} = I_l \,k_s\,\max\bigl(0,\,R\cdot V\bigr)^{n}
\bullet k_s: coeficiente de reflexão especular
\bullet R: vetor unitário da reflexão de L em relação a N \bullet V: vetor unitário direção ao observador
\bullet n: expoente de brilho (shininess), controla o tamanho do highlight
\bullet \max(0,\,R\cdot V)^{n}: realça direções próximas ao espelho perfeito

Resposta

( 20) Flat shading: fidelidade baixa e custo muito baixo; Gouraud shading: fidelidade média (suaviza faces, mas perde pequenos highlights) e custo moderado; Phong shading: fidelidade alta (bons highlights e suavidade) e custo alto.
( 21)
I = I_a\,k_a \;+\; I_l\,k_d\,\max(0,L\cdot N)\;+\;I_l\,k_s\,\max(0,R\cdot V)^{n}
com I_a\,k_a componente ambiente, I_l\,k_d\max(0,L\cdot N) difusa de Lambert e I_l\,k_s\max(0,R\cdot V)^{n} especular de Phong.

Exercícios relacionados