Ψηφιακή Απόδοση Φωτισμού: Θεωρία και Εφαρμογές

Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του υποέργου 2 με τίτλο «Ανάπτυξη έντυπου εκπαιδευτικού υλικού για τα νέα Προγράμματα Σπουδών» της Πράξης «Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο» η οποία έχει ενταχθεί στο Επιχειρησιακό Πρόγραμμα «Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση» (ΕΠΕΔΒΜ) του ΕΣΠΑ (2007-2013), Άξονας Προτεραιότητας 7: «Ενίσχυση της Διά Βίου Εκπαίδευσης Ενηλίκων στις 8 Περιφέρειες Σύγκλισης» με κωδικό MIS 296121 και η οποία συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο - ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους, μέσω του Προγράμματος Δημοσίων Επενδύσεων (ΠΔΕ) του Υ.ΠΑΙ.Θ. Ψηφιακή Απόδοση Φωτισμού: Θεωρία και Εφαρμογές Σημείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιμέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειμένων σύμφωνα με τη Μεθοδολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστημονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραμμάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδημαϊκοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Εφαρμοσμένων Τεχνών Πρόγραμμα Σπουδών ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΠΟΛΥΜΕΣΑ Θεματική Ενότητα ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΠΟΛΥΜΕΣΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Τόμος Γ Ψηφιακή Απόδοση Φωτισμού: Θεωρία και Εφαρμογές Συγγραφή ΣΤΕΛΙΟΣ Χ. ΖΕΡΕΦΟΣ Αναπληρωτής Καθηγητής Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου Κριτική Ανάγνωση ΧΑΡΑ ΣΙΓΑΛΑ Αρχιτέκτων Μηχανικός Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου Ακαδημαϊκός Υπεύθυνος για την ανάπτυξη του έντυπου διδακτικού υλικού του ΠΣ ΙΑΚΩΒΟΣ ΠΟΤΑΜΙΑΝΟΣ Καθηγητής Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Συντονιστής για την ανάπτυξη του έντυπου διδακτικού υλικού της ΘΕ ΦΡΑΓΚΙΣΚΟΣ ΤΟΠΑΛΗΣ Καθηγητής Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου Ειδικός στη Μεθοδολογία της Ανοικτής και εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης ΗΛΙΑΣ ΜΑΥΡΟΕΙΔΗΣ Γλωσσική Επιμέλεια ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΑΣΗΜΟΠΟΥΛΟΣ Τεχνική Επιμέλεια Καλλιτεχνική Επιμέλεια Σελιδοποίηση ΒΙΒΛΙΟΤΕΧΝΙΑ ΠΑΠΠΑΣ ΦΩΤΙΟΣ ΔΟΥΒΟΥ ΣΕΒΑΣΤΗ Ο.Ε. ISBN: 978-960- Κωδικός Έκδοσης: ΣΦΠ 61/Γ Copyright 2013 για την Ελλάδα και όλο τον κόσμο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Πάροδος Αριστοτέλους 18, 26335 Περιβόλα Πατρών Τηλ.: 2610 367300, Φαξ: 2610 367650 To παρόν έργο πνευματικής ιδιοκτησίας προστατεύεται κατά τις διατάξεις του Ελληνικού Νόμου (Ν. 2121/1993 όπως έχει τροποποιηθεί και ισχύει σήμερα) και τις διεθνείς συμβάσεις περί πνευματικής ιδιοκτησίας. Απαγορεύεται απολύτως η άνευ γραπτής αδείας του εκδότη, κατά οποιονδήποτε τρόπο ή μέσο, αντιγραφή, φωτοανατύπωση και εν γένει αναπαραγωγή, εκμίσθωση ή δανεισμός, μετάφραση, διασκευή, αναμετάδοση στο κοινό σε οποιαδήποτε μορφή (ηλεκτρονική, μηχανική κ.λπ.) και η εν γένει εκμετάλλευση του συνόλου ή μέρους του έργου.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Eφαρμοσμένων Τεχνών Πρόγραμμα Σπουδών ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΠΟΛΥΜΕΣΑ Θεματική Ενότητα ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΠΟΛΥΜΕΣΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Τόμος Γ Ψηφιακή Απόδοση Φωτισμού: Θεωρία και Εφαρμογές ΣΤΕΛΙΟΣ Χ. ΖΕΡΕΦΟΣ Αναπληρωτής Καθηγητής Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου ΠΑΤΡΑ 2013

Βιογραφικό Ο Στέλιος Χ. Ζερεφός είναι αρχιτέκτων μηχανικός και Αναπληρωτής Καθηγητής στη Σχολή Εφαρμοσμένων Τεχνών του Ε.Α.Π. Ασκεί την αρχιτεκτονική από το 1999, έπειτα από σπουδές στα Πανεπιστήμια του Πλύμουθ (Ηνωμένο Βασίλειο), της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες (Η.Π.Α.) και του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, όπου ολοκλήρωσε τη διδακτορική του διατριβή. Έχει διδάξει στη Σχολή Αρχιτεκτόνων του Ε.Μ.Π., στην ομάδα κτιριακού περιβάλλοντος του Ε.Κ.Π.Α. και στη Σχολή Εφαρμοσμένων Τεχνών του Ε.Α.Π. Είναι μέλος διεθνών και εθνικών επιστημονικών οργανισμών και κριτής σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά. Το αρχιτεκτονικό του έργο έχει δημοσιευτεί σε περιοδικά του ειδικού τύπου και βραβευθεί σε διεθνείς και πανελλήνιους αρχιτεκτονικούς διαγωνισμούς, ενώ έχει δημοσιεύσει εργασίες σε επιστημονικά περιοδικά και πρακτικά συνεδρίων με κριτές, πανεπιστημιακά συγγράμματα, καθώς και την απόδοση στα Ελληνικά των δέκα βιβλίων του Βιτρούβιου.

Περιεχόμενα Πρόλογος...17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Η τρισδιάστατη απεικόνιση στον υπολογιστή Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...21 1.1 Εισαγωγή στον τρισδιάστατο σχεδιασμό...24 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...24 1.1.1 Τρισδιάστατα μοντέλα (3d models)...24 1.1.2 Τρισδιάστατος χώρος και θέση αντικειμένων...27 1.2 Δημιουργία Αντικειμένων... 28 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...28 1.2.1 Σχήματα/επιφάνειες (Shapes/faces)...29 1.2.2 Τρισδιάστατα αντικείμενα (3d objects)...31 1.2.3 Παραμετρικά αντικείμενα (Parametric objects)...36 1.2.4 Ελεγχόμενα αντικείμενα (Controlled objects)...37 1.2.5 Αντίγραφα (Copies/References)...38 1.3 Τρισδιάστατη επεξεργασία...40 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...40 1.3.1 Βασικές τροποποιήσεις...41 1.3.2 Σημειακοί μετασχηματισμοί (Polygonal transformations)...43 1.3.3 Παραμετρικοί μετασχηματισμοί (Parametric transformations)...46 Σύνοψη...48 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...49 Βιβλιογραφία...50

8 ΨΗΦΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΦΩΤΙΣΜΟΥ: ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...51 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...52 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...53 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Οπτικά χαρακτηριστικά στον τρισδιάστατο χώρο Εικονική κάμερα Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...55 2.1 Συστήματα προβολής (Projection systems)...57 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...57 2.1.1 Ορθογραφικό σύστημα προβολής (Orthographic projection)...58 2.1.2 Αξονομετρικό σύστημα προβολής (Axonometric projection)...59 2.1.3 Προοπτικό σύστημα προβολής (Perspective projection)...61 2.2 Εικονική κάμερα (Virtual camera)...67 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...67 2.2.1 Ο φακός (Lens)...68 2.2.2 Κώνος θέασης ή στερεά γωνία θέασης (Cone of vision)...71 2.2.3 Έκθεση στο φως (Exposure)...73 Σύνοψη...77 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...78 Βιβλιογραφία...79 Διαδικτυακές πηγές...80 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...81 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...82 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...83

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ποιοτικά χαρακτηριστικά του φωτός στον ψηφιακό τρισδιάστατο χώρο Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...85 3.1 Ένταση (Intensity)...88 3.1.1 Αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης... 93 3.1.2 Γραμμική απόσβεση (Linear attenuation)... 94 3.1.3 Χωρίς απόσβεση...95 3.2 Απαλότητα...97 3.3 Χρώμα (Colour)...102 3.4 Προβολή (Projection)...105 3.5 Κίνηση της πηγής φωτός...111 Σύνοψη...112 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...113 Βιβλιογραφία...114 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...115 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...116 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...117 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Εικονικές πηγές φωτός Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Eισαγωγικές Παρατηρήσεις...119 4.1 Περιβάλλων φωτισμός (Ambient lighting)...121 4.2 Σημειακές πηγές φωτός (Point light sources)...125 4.2.1 Πηγή ομοιόμορφης κατεύθυνσης (Omnidirectional light)...125 4.2.2 Σποτ ή Σημειακή πηγή φωτός (Spotlight)...128

10 ΨΗΦΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΦΩΤΙΣΜΟΥ: ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 4.2.3 Πηγή παράλληλης κατεύθυνσης (Directional light)...132 4.2.4 Πηγή προβολής (Projection light)...133 4.3 Γραμμικές πηγές φωτός (Line ή linear lights)...136 4.4 Πηγές επιφάνειας (Area lights)...137 4.4.1 Σφαιρική πηγή φωτός...138 4.4.2 Επίπεδη πηγή φωτός...139 4.4.3 Φωτεινά αντικείμενα...140 4.5 Φωτομετρικά δεδομένα (Photometric data)...141 4.6 Προσομοίωση φυσικού φωτισμού...146 4.7 Εικόνες Υψηλού Δυναμικού Εύρους (HDRI)...150 Σύνοψη...155 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...156 Βιβλιογραφία...157 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...158 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...159 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...161 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Σκιές Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...163 5.1 Ο προσδιορισμός της σκιάς στον τρισδιάστατο χώρο...165 5.2 Χρήση της σκιάς...175 5.3 Αλγόριθμοι σκίασης ή αναπαράστασης (Shaders)...181 5.3.1 Ιχνηλάτηση ακτίνων (Raytracing)...181 5.3.2 Αντιστοίχιση σκιάς (Shadow mapping)...183 Σύνοψη...187

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 11 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...188 Βιβλιογραφία...189 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...190 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...191 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...192 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Χρώμα Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...195 6.1 Θεωρία του χρώματος...197 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...197 6.1.1 Ο χρωματικός τροχός ή χρωματικός κύκλος (Colour wheel)...197 6.1.2 Χρώμα και φως...202 6.1.3 Θερμοκρασία χρώματος (Colour temperature)...205 6.2 Το χρώμα στον υπολογιστή...209 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...209 6.2.1 Χαρακτηριστικά του χρώματος...211 6.2.2 Χρωματικό μοντέλο RGB...213 6.2.3 Χρωματικά μοντέλα HSL, HSV, HSB και HVC...215 6.2.4 Χρωματικό μοντέλο CIELAB...217 6.2.5 Χρωματικό μοντέλο CMYK...218 6.3 Αισθητηριακά χαρακτηριστικά του χρώματος... 219 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...219 6.3.1 Λευκό... 220 6.3.2 Μαύρο...220 6.3.3 Κόκκινο...220

12 ΨΗΦΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΦΩΤΙΣΜΟΥ: ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 6.3.4 Πορτοκαλί...221 6.3.5 Κίτρινο...221 6.3.6 Πράσινο...221 6.3.7 Μπλε...221 6.3.8 Ιώδες...222 6.3.9 Καφέ...222 6.3.10 Βάρος και πυκνότητα χρώματος...222 Σύνοψη...224 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...225 Βιβλιογραφία...226 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...227 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...228 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...229 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Αλγόριθμοι εικονικής αναπαράστασης Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...231 7.1 Τοπικός φωτισμός (Local illumination)...234 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...234 7.1.1 Επίπεδη σκίαση (Flat shading)...235 7.1.2 Ομαλή σκίαση (Smooth shading)...236 7.1.3 Κατοπτρική σκίαση (Specular shading)...238 7.1.4 Ιχνηλάτηση ακτίνων (Raytracing)...243 7.2 Ολικός φωτισμός (Global illumination)...251 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...251 7.2.1 Ο αλγόριθμος radiosity...252

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 13 7.2.2 Ιχνηλάτηση διαδρομής ακτίνων (Path tracing)...257 7.2.3 Πίνακας φωτονίων (Photon map)...259 7.2.4 HDRI... 263 Σύνοψη...264 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...265 Βιβλιογραφία...266 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...269 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...270 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...271 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ειδικά θέματα αναπαράστασης φωτισμού Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...273 8.1 Υποδιαίρεση στον αλγόριθμο radiosity...275 8.2 Τονική απεικόνιση (Tone mapping)...276 8.3 Δειγματοληψία (Sampling) και ταύτιση (aliasing)...277 8.4 Γεωμετρικά θέματα...280 8.5 Παρεμπόδιση διάχυτου φωτισμού (Ambient occlusion)...283 8.6 Final gather...285 8.7 Ψευδόχρωμα (Pseudocolour)...286 8.8 Μη φωτορεαλιστικές απεικονίσεις (Non-photorealistic rendering)...290 Σύνοψη...292 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...293 Βιβλιογραφία...294 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...295

14 ΨΗΦΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΦΩΤΙΣΜΟΥ: ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 Ψηφιακά υλικά Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...297 9.1 Απόκριση στο φως...300 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...300 9.1.1 Διάχυτη και κατοπτρική ανάκλαση (Diffuse and specular reflection)...301 9.1.2 Χρώμα κατοπτρικής ανάκλασης (Specular reflection colour)...302 9.1.3 Ανισοτροπική ανάκλαση (Anisotropic reflection)...303 9.1.4 Το φαινόμενο και ο φακός Fresnel... 305 9.1.5 Διαφάνεια και διάθλαση (Transparency and refraction)...307 9.1.6 Αυτόφωτα υλικά (Glow)...308 9.1.7 Κατοπτρική κατανομή ή Αντικατοπτρισμός (Specular distribution)...308 9.2 Υφή (Texture)...310 Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...310 9.2.1 Χρωματική αντιστοίχιση (Colour mapping)...311 9.2.2 Αντιστοίχιση κατοπτρικής έντασης (Specular mapping)...312 9.2.3 Αντιστοίχιση στιλπνότητας (Glossiness mapping)...313 9.2.4 Αντιστοίχιση αυτόφωτου υλικού (Glow mapping)...314 9.2.5 Αντιστοίχιση διαφάνειας (Transparency mapping)...314 9.2.6 Αντιστοίχιση αναγλύφου (Bump mapping)...315 9.2.7 Αντιστοίχιση ανακλαστικότητας (Reflectivity mapping)...317 9.2.8 Αντιστοίχιση γεωμετρικής εκτόπισης (Displacement mapping)...317 9.2.9 Τοποθέτηση και ευθυγράμμιση υφής...319 9.2.10 Διαδικαστική υφή (Procedural map) Συνδυασμός υφής (Composite materials)...321

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 15 Σύνοψη...323 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...324 Βιβλιογραφία...325 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...326 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...327 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...329 Γλωσσάρι...330 Κατάλογος εικόνων...345 Κατάλογος πινάκων...358

Πρόλογος Η ψηφιακή απόδοση του φωτισμού περιλαμβάνει τόσο την προσπάθεια επίτευξης της απόλυτης φωτομετρικής προσομοίωσης όσο και εφαρμογές στην ψηφιακή τέχνη μέσω της αναπαράστασης τρισδιάστατων γραφικών. Στις επόμενες σελίδες καταβλήθηκε προσπάθεια να καλυφθούν και οι δύο αυτοί πόλοι, δίνοντας έμφαση στις βασικές αρχές που διέπουν τη δημιουργία των ψηφιακών εικόνων και στις εισαγωγικές γνώσεις που απαιτούνται για τον ψηφιακό σχεδιασμό του φωτισμού. Το παρόν πόνημα προορίζεται για τους σπουδαστές του Μεταπτυχιακού Διπλώματος Εξειδίκευσης «Σχεδιασμός Φωτισμού Πολυμέσα» που βρίσκονται στο τελευταίο έτος σπουδών τους. Επίσης, απευθύνεται σε όποιον αναζητά στην ελληνική βιβλιογραφία πληροφορίες και γνώση σχετικά με τη θεωρία και τις εφαρμογές της ψηφιακής απόδοσης του φωτισμού. Το περιεχόμενο του τόμου επιμερίζεται σε εννέα κεφάλαια που καλύπτουν την ύλη της ψηφιακής απόδοσης του φωτισμού μαζί με παραδείγματα, δραστηριότητες και ασκήσεις, για τα οποία έγινε μεγάλη προσπάθεια ούτως ώστε να καλύπτουν όσο το δυνατόν περισσότερες περιπτώσεις. Το πρώτο κεφάλαιο εισάγει τους φοιτητές στην τρισδιάστατη απεικόνιση στον υπολογιστή. Αναλύονται οι έννοιες του τρισδιάστατου χώρου και αντικειμένων και η διαφοροποίησή του από το χώρο παρατήρησης της οθόνης του υπολογιστή. Έπειτα, αναφέρονται τα δομικά χαρακτηριστικά ενός πολυεδρικού τρισδιάστατου αντικειμένου, ή αλλιώς η τοπολογία του, καθώς και οι επικρατέστεροι τρόποι δημιουργίας και επεξεργασίας περισσότερο σύνθετων μορφών, από τις πράξεις του Βoole μέχρι και τους παραμετρικούς μετασχηματισμούς αντικειμένων που δημιουργούν αντικείμενα τόσο σύνθετα, που θα ήταν αδύνατο να περιγράψουμε με απλούς γεωμετρικούς όρους. Το δεύτερο κεφάλαιο ασχολείται με τα οπτικά χαρακτηριστικά του τρισδιάστατου χώρου και ειδικά με τα συστήματα προβολής των αντικειμένων στην οθόνη. Αναφέρονται τα βασικά συστήματα προβολής, όπως το ορθογραφικό, το αξονομετρικό και το προοπτικό, ενώ ιδιαίτερη μνεία γίνεται στην εικονική κάμερα, καθώς είναι ο πιο άμεσος τρόπος προσομοίωσης της ανθρώπινης όρασης στον υπολογιστή.

18 ΨΗΦΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΦΩΤΙΣΜΟΥ: ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Προχωρώντας στο τρίτο κεφάλαιο, περιγράφονται τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του φωτός στον ψηφιακό χώρο, που, όπως θα δούμε και στο πρώτο κεφάλαιο του παρόντος τόμου, μοιράζεται ο ψηφιακός κόσμος με τον πραγματικό και συνοψίζονται στην ένταση του φωτός, στην απαλότητα ή σκληρότητα των σκιών που δημιουργούνται, στο χρώμα του φωτός, στην προβολή εικόνων μέσω μιας πηγής φωτός και τέλος στην κίνηση της πηγής του φωτός. Το τέταρτο κεφάλαιο περιγράφει τις εικονικές πηγές φωτός, πηγές, οι οποίες, όπως και οι φυσικές, διέπονται από συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που ταιριάζουν στην καθεμία. Απαριθμώντας τες μπορούμε να αναφέρουμε τον περιβάλλοντα φωτισμό, τις σημειακές πηγές φωτός με όλες τις παραλλαγές τους, τις γραμμικές πηγές φωτός, τις πηγές επιφάνειας, τις πηγές μέσω αρχείων φωτομετρικών δεδομένων και τέλος τη χρήση εικόνων υψηλού δυναμικού εύρους ως φωτεινές πηγές. Στην αντίθετη πλευρά κινείται το πέμπτο κεφάλαιο που προσδιορίζει το ρόλο της σκιάς στον τρισδιάστατο χώρο. Το κεφάλαιο αυτό αναφέρεται στη χρήση της σκιάς στον τρισδιάστατο χώρο και στην απεικόνιση φωτισμού, ενώ παρουσιάζονται οι δύο πιο διαδεδομένοι αλγόριθμοι σκίασης, η ιχνηλάτηση ακτίνων (raytracing) και η αντιστοίχιση σκιάς (shadow mapping), καθώς και οι βασικές διαφορές τους, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Το έκτο κεφάλαιο αναφέρεται στο χρώμα και ιδιαίτερα στη θεωρία του χρώματος, ξεκινώντας από το χρωματικό τροχό του Γκαίτε και καταλήγοντας στη θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και στη θερμοκρασία χρώματος του μελανού σώματος. Η δεύτερη ενότητα προσδιορίζει την αναπαράσταση του χρώματος στον υπολογιστή επεξηγώντας τα διαφορετικά χρωματικά μοντέλα, ενώ η τρίτη ενότητα ολοκληρώνεται με μία περίληψη των αισθητηριακών χαρακτηριστικών του χρώματος και συγκεκριμένα με την αίσθηση που προκαλεί το κάθε χρώμα στον άνθρωπο και πώς αυτός το αντιλαμβάνεται. Το έβδομο και το όγδοο κεφάλαιο παρουσιάζουν ειδικά τεχνικά θέματα που σχετίζονται με αλγορίθμους εικονικής αναπαράστασης, τους οποίους κατηγοριοποιούμε σε δύο βασικές ομάδες: στους αλγορίθμους τοπικού φωτισμού, που λαμβάνουν υπόψη τους μόνο την άμεση πρόσπτωση της ακτινοβολίας και στους αλγορίθμους ολικού φωτισμού που υπολογίζουν και το ανακλώμενο φως από τις επιφάνειες που αυτό προσπίπτει.

ΠΡΟΛΟΓΟΣ 19 Τέλος, το ένατο κεφάλαιο πραγματεύεται την απεικόνιση των ψηφιακών υλικών εξηγώντας την αναπαράσταση φυσικών φαινομένων στον υπολογιστή, όπως για παράδειγμα η κατοπτρική και η διάχυτη ανάκλαση, το φαινόμενο της διάθλασης, η διαφάνεια, ο αντικατοπτρισμός κ.ά. Το κεφάλαιο αυτό καταλήγει με την ανάλυση της τεχνικής της αντιστοίχισης (mapping), της χρήσης δηλαδή μιας δισδιάστατης εικόνας για τον προσδιορισμό ειδικών χαρακτηριστικών ενός ψηφιακού υλικού, όταν εφαρμόζεται σε τρισδιάστατα αντικείμενα και χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις που θέλουμε να προσδώσουμε αυξημένο ρεαλισμό. Οι σελίδες που ακολουθούν δεν αποτελούν ένα εγχειρίδιο κάποιας εφαρμογής ηλεκτρονικού υπολογιστή. Αντιθέτως, οι βάσεις και οι αρχές που παρουσιάζονται συνοψίζουν πολυετείς έρευνες και εφαρμογές επάνω στην ψηφιακή απόδοση και αναπαράσταση του φωτισμού δίνοντας έτσι τη δυνατότητα ευρείας γνώσης του θέματος. Η συγγραφή του τόμου αυτού πιστεύω ότι έρχεται να συμπληρώσει ένα κενό που υπάρχει στην ελληνική βιβλιογραφία. Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι, χάριν ομοιομορφίας όλων των τόμων της ΣΦΠ, η λέξη κτίριο γράφεται με «ι» και όχι με «η». Ο συγγραφέας θα αισθανθεί υπόχρεος σε όποιον αναγνώστη τού υποδείξει τυχόν παροράματα του κειμένου. Στέλιος Χ. Ζερεφός Αναπληρωτής Καθηγητής ΕΑΠ Πάτρα