Phong shading

Afeitado plano (izquierda) versus Phong shading (right)

En gráficos 3D por computadora, sombreado Phong, interpolación Phong o sombreado de interpolación de vector normal es una técnica de interpolación para el sombreado de superficies inventada por el pionero de los gráficos por computadora Bui Tuong Phong. El sombreado de Phong interpola las superficies normales a través de polígonos rasterizados y calcula los colores de los píxeles en función de las normales interpoladas y un modelo de reflexión. Sombreado de Phong también puede referirse a la combinación específica de la interpolación de Phong y el modelo de reflexión de Phong.

Historia

El sombreado Phong y el modelo de reflexión Phong fueron desarrollados en la Universidad de Utah por Bui Tuong Phong, quien los publicó en su doctorado de 1973. disertación y un artículo de 1975. Los métodos de Phong se consideraron radicales en el momento de su introducción, pero desde entonces se han convertido en el método de sombreado de referencia de facto para muchas aplicaciones de renderizado. Los métodos de Phong han demostrado ser populares debido a su uso generalmente eficiente del tiempo de cálculo por píxel renderizado.

Interpolación de Phong

El sombreado de Phong mejora el sombreado de Gouraud y proporciona una mejor aproximación al sombreado de una superficie lisa. El sombreado Phong asume un vector normal de superficie que varía suavemente. El método de interpolación de Phong funciona mejor que el sombreado de Gouraud cuando se aplica a un modelo de reflexión con pequeñas luces especulares como el modelo de reflexión de Phong.

El problema más serio con el sombreado de Gouraud ocurre cuando se encuentran reflejos especulares en medio de un gran polígono. Dado que estos reflejos especulares están ausentes en los vértices del polígono y el sombreado de Gouraud se interpola en función de los colores de los vértices, el reflejo especular faltará en el interior del polígono. Este problema se soluciona con el sombreado Phong.

A diferencia del sombreado de Gouraud, que interpola los colores en los polígonos, en el sombreado de Phong, un vector normal se interpola linealmente en la superficie del polígono desde las normales de los vértices del polígono. La superficie normal se interpola y normaliza en cada píxel y luego se usa en un modelo de reflexión, p. el modelo de reflexión de Phong, para obtener el color de píxel final. El sombreado de Phong es más costoso desde el punto de vista computacional que el sombreado de Gouraud, ya que el modelo de reflexión debe calcularse en cada píxel en lugar de en cada vértice.

En el hardware de gráficos moderno, las variantes de este algoritmo se implementan mediante sombreadores de píxeles o fragmentos.

Modelo de reflexión Phong

Sombreado de Phong también puede referirse a la combinación específica de interpolación de Phong y el modelo de reflexión de Phong, que es un modelo empírico de iluminación local. Describe la forma en que una superficie refleja la luz como una combinación de la reflexión difusa de las superficies rugosas con la reflexión especular de las superficies brillantes. Se basa en la observación informal de Bui Tuong Phong de que las superficies brillantes tienen pequeños reflejos especulares intensos, mientras que las superficies opacas tienen grandes reflejos que se desvanecen más gradualmente. El modelo de reflexión también incluye un término ambiente para dar cuenta de la pequeña cantidad de luz que se dispersa por toda la escena.

Ilustración visual de la ecuación de Phong: aquí la luz es blanca, los colores ambiente y difuso son azules, y el color especular es blanco, reflejando una pequeña parte de la luz que golpea la superficie, pero sólo en aspectos muy estrechos. La intensidad del componente difuso varía con la dirección de la superficie, y el componente ambiente es uniforme (independiente de la dirección).