Formules mathématiques d’éclairage

Le modèle clair Direct3D couvre l’éclairage ambiant, diffus, spéculaire et émissif. Cette flexibilité est suffisante pour résoudre un large éventail de situations d’éclairage. La quantité totale de lumière dans une scène est appelée l’éclairage global.

L’éclairage global est calculé comme suit :

global_illumination = ambient_lighting + diffuse_lighting + specular_lighting + emissive_lighting;

L’éclairage ambiant est un éclairage constant. L’éclairage ambiant est constant dans toutes les directions et il colore tous les pixels d’un objet identique. Il est rapide de calculer, mais laisse des objets à l’aspect plat et irréaliste.

L’éclairage diffus dépend à la fois de la direction de la lumière et de la surface de l’objet normale. L’éclairage diffus varie sur la surface d’un objet en raison de la modification de la direction de la lumière et du vecteur numérique de surface changeant. Il faut plus de temps pour calculer l’éclairage diffus, car il change pour chaque sommet d’objet, mais l’avantage de l’utiliser est qu’il nuance les objets et leur donne une profondeur tridimensionnelle (3D).

L’éclairage spéculaire identifie les surbrillances spéculaires brillantes qui se produisent lorsque la lumière atteint une surface d’objet et reflète vers la caméra. L’éclairage spéculaire est plus intense que la lumière diffuse et tombe plus rapidement sur la surface de l’objet. Il faut plus de temps pour calculer l’éclairage spéculaire que l’éclairage diffus, mais l’avantage de l’utiliser est qu’il ajoute des détails significatifs à une surface.

L’éclairage emissif est la lumière émise par un objet ; par exemple, une lumière. L’émission rend un objet rendu semble être lumineux. L’émission affecte la couleur d’un objet et peut, par exemple, rendre un matériau sombre plus lumineux et prendre partie de la couleur émise.

L’éclairage réaliste peut être réalisé en appliquant chacun de ces types d’éclairage à une scène 3D. Les valeurs calculées pour les composants ambiants, émissifs et diffuses sont générées en tant que couleur de vertex diffuse ; la valeur du composant d’éclairage spéculaire est sortie en tant que couleur de vertex spéculaire. Les valeurs ambiantes, diffuses et spéculaires peuvent être affectées par un facteur d’atténuation et de projecteur donné de la lumière. Voir attenuation et facteur à la une.

Pour obtenir un effet d’éclairage plus réaliste, vous ajoutez plus de lumières ; toutefois, la scène prend plus de temps à afficher. Pour atteindre tous les effets souhaités par un concepteur, certains jeux utilisent plus de puissance processeur que ce qui est couramment disponible. Dans ce cas, il est courant de réduire au minimum le nombre de calculs d’éclairage en utilisant des cartes d’éclairage et des cartes d’environnement pour ajouter l’éclairage à une scène lors de l’utilisation de cartes de texture.

L’éclairage est calculé dans l’espace de la caméra. Consultez les transformations d’espace de la caméra. L’éclairage optimisé peut être calculé dans l’espace du modèle, quand des conditions spéciales existent : les vecteurs normaux sont déjà normalisés, le mélange de vertex n’est pas nécessaire et les matrices de transformation sont orthogonales.

Tous les calculs d’éclairage sont effectués dans l’espace du modèle en transformant la position et la direction de la source de lumière, ainsi que la position de la caméra, pour modéliser l’espace à l’aide de l’inverse de la matrice mondiale. Par conséquent, si les matrices du monde ou de vue introduisent une mise à l’échelle non uniforme, l’éclairage résultant peut être incorrect.

Dans cette section

Sujet	Description
Éclairage ambiant	L’éclairage ambiant fournit un éclairage constant pour une scène. Il allume tous les sommets d’objet identiques, car il ne dépend pas d’autres facteurs d’éclairage tels que les normales de vertex, la direction de la lumière, la position de lumière, la plage ou l’atténuation. L’éclairage ambiant est constant dans toutes les directions et il colore tous les pixels d’un objet identique. Il est rapide de calculer, mais laisse des objets à l’aspect plat et irréaliste.
Éclairage diffus	L’éclairage diffus dépend à la fois de la direction de la lumière et de la surface de l’objet normale. L’éclairage diffus varie sur la surface d’un objet en raison de la modification de la direction de la lumière et du vecteur numérique de surface changeant. Il faut plus de temps pour calculer l’éclairage diffus, car il change pour chaque sommet d’objet, mais l’avantage de l’utiliser est qu’il nuance les objets et leur donne une profondeur tridimensionnelle (3D).
Éclairage spéculaire	L’éclairage spéculaire identifie les surbrillances spéculaires brillantes qui se produisent lorsque la lumière atteint une surface d’objet et reflète vers la caméra. L’éclairage spéculaire est plus intense que la lumière diffuse et tombe plus rapidement sur la surface de l’objet. Il faut plus de temps pour calculer l’éclairage spéculaire que l’éclairage diffus, mais l’avantage de l’utiliser est qu’il ajoute des détails significatifs à une surface.
Éclairage Emissif	L’éclairage emissif est la lumière émise par un objet ; par exemple, une lumière. L’émission rend un objet rendu semble être lumineux. L’émission affecte la couleur d’un objet et peut, par exemple, rendre un matériau sombre plus lumineux et prendre partie de la couleur émise.
Transformations spatiales de l’appareil photo	Les sommets dans l’espace caméra sont calculés en transformant les sommets d’objet avec la matrice de vue mondiale.
Atténuation et facteur à la une	Les composants d’éclairage diffus et spéculaire de l’équation d’éclairage global contiennent des termes qui décrivent l’atténuation de la lumière et le cône à la lumière.

 

Rubriques connexes

Lumières et matériaux