Sombreado de Phong

El sombrejat de Phong es referix a una tècnica d'interpolació que permet obtindre el sombrejat (intensitat de color) de les superfícies en gràfics 3D per computadora. En concret, es calculen les normals a cada vèrtiç, després es interpolan en cada pixel dels polígons rasterizados para finalment calcular el color de el pixel basant-se en la normal interpolada i el método d'allumenament. El sombrejat de Phong també pot referir-se a la combinació específica de interpolació de Phong i el model de reflexió de Phong.

Este método de sombrejat presenta un cost computacional més elevat que el sombrejat de Gouraud ya que es deu calcular l'allumenament en cada pixel pero oferix una millor calitat en reflexos especulares més exactes. Ademés l'interpolació de normals tendix a restablir la curvatura de les superfícies originals que es varen aproximar en una malla poligonal.

Història

El sombrejat de Phong i el model de reflexió de Phong varen ser desenrollats per Bui Tuong Phong en l'Universitat d'Utah, quí en 1973 ho va publicar en la seua tesis de doctorat. Els métodos de Phong varen ser considerades radicals en el moment de la seua introducció, pero s'han convertit en un método de sombrejat de referència per a moltes aplicacions de renderisació. Els métodos de Phong s'han popularisat degut generalment a l'us eficient del temps de càlcul per pixel renderizado.

Interpolació de Phong

Eixemples de sombrejats: a l'esquerra sombrejat pla a la dreta el sombrejat de Phong

El sombrejat de Phong millora al sombrejat de Gouraud i proporciona una millor aproximació a l'ombra d'una superfície suau. L'interpolació de Phong assumix una variació suau del vector normal a la superfície. El método d'interpolació Phong funciona millor que el sombrejat Gouraud quan s'aplica a un model de reflexió que tinga una chicoteta cantitat de reflex especular tal com el model de reflexió de Phong.

El problema més greu en el sombrejat de Gouraud es produïx quan els reflexos especulares es troben en el centre d'un polígon de gran tamany. Ya que els reflexos especulares estan absents en els vèrtiços del polígon i el sombrejat Gouraud interpola en base als colors en els vèrtiços, el reflex especular es perdrà en l'interior del polígon. Este problema es resol en el sombrejat de Phong.

A diferència del sombrejat de Gouraud, que interpola els colors en la superfície dels polígons (en base als colors de cada vèrtiç), en el sombrejat Phong el vector normal és l'interpolado linealmente en la superfície del polígon (en base a les normals de cada vèrtiç del polígon). La normal de la superfície es interpola i es normalisa en cada píxel i després s'utilisa en un model de reflexió, per eixemple, el model de reflexió de Phong, per a obtindre el color final de el pixel. El sombrejat de Phong és per tant més costós computacionalment que el sombrejat Gouraud ya que el model de reflexió deu calcular-se en cada píxel en lloc d'en cada vèrtiç.

Sobre l'hardware gràfic modern, les variants d'este algoritme s'implementa utilisant sombrejatres de píxels o fragments.

En el software de modelació 3D generalment es permet elegir l'àngul llímit de suavisat, de tal manera que el sombrejat Phong només afectarà les cares que estiguen dins del ranc d'àngul llímit, per a major precisió es poden usar l'opció de "trencar arestes" per a seleccionar manualment les arestes que no seran afectades pel sombrejat Phong.