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Modelo de reflexión de Phong Modello di riflessione di Phong Phong reflection model Phong-Beleuchtungsmodell Phongの反射モデル
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Phongの反射モデル(Phongのはんしゃモデル)とは、3次元コンピュータグラフィックスにおいて、モデリングされた面上の点に影をつけるための照明と陰影モデルである。 このモデルはユタ大学の理学博士である、Bui Tuong Phongによって開発され、1973年に"Illumination for Computer Generated Pictures"の題で学位論文として発表された。この中には、多角形でモデリングされた表面からラスタライズされた個々のピクセルに対して、補間計算を行う方法が論述されていた。この補間技術は、他の反射モデルが使われている今でさえも、Phongシェーディングと知られている。 Phongの反射モデルでは、一般的なレンダリング方程式をより単純化して扱うことができる。このモデルでは、表面上の点における陰影を決定する際に、次のような単純化ができる利点がある。 1. * このモデルは、局所的な反射モデルである。すなわち、ラジオシティのようなレイトレーシングで行うような二次反射を計算する必要はない。反射した光の減衰を補正するために、外部の環境光の項をレンダリングする際に加えている。 2. * 表面からの反射を3つの項目、すなわち鏡面反射、拡散反射と環境反射に分けている。 最初に、そのシーンにおいて個々の光源を用いてレンダリングするために、 と とする。 が視点ベクトル と Nella computer grafica 3D, il modello di riflessione di Phong è un modello d'illuminazione ed ombreggiatura per calcolare il colore dei punti appartenenti ad una superficie. Venne sviluppato da Bui Tuong Phong durante la sua discussione di dottorato presso l'Università dello Utah. Questa dissertazione prese il nome di "Illumination for Computer Generated Pictures", venne sostenuta nel 1973, insieme ad un metodo che permetteva l'interpolazione di colore per ogni pixel appartenente ad un poligono rasterizzato. La tecnica interpolativa prende il nome di Phong shading, anche nel caso in cui venga utilizzata con modelli di riflessione diversi da quello qui descritto. The Phong reflection model (also called Phong illumination or Phong lighting) is an empirical model of the local illumination of points on a surface. In 3D computer graphics, it is sometimes ambiguously referred to as "Phong shading", in particular if the model is used in combination with the interpolation method of the same name and in the context of pixel shaders or other places where a lighting calculation can be referred to as “shading”. En gráficos 3D por ordenador, el modelo de reflexión de Phong es un modelo de iluminación y sombreado que asigna brillo a los puntos de una superficie modelada. Fue desarrollado por Bui Tuong Phong en su tesis de doctorado de la Universidad de Utah, titulada "Illumination for Computer Generated Pictures" (Iluminación para gráficos generados por ordenador)en 1973, al mismo tiempo que desarrolló un método de interpolación para calcular el brillo asignado a cada píxel en un modelo de superficie. Esta técnica de interpolación recibe el nombre de sombreado de Phong, inlcuso cuando se usa con un modelo de iluminación distinto del de Phong. Das Phong-Beleuchtungsmodell ist ein Beleuchtungsmodell in der 3D-Computergrafik, das dazu verwendet wird, die Beleuchtung von Objekten zu berechnen. Das Modell wurde nach seinem Entwickler Bùi Tường Phong benannt und erstmals 1975 vorgestellt (Illumination for Computer Generated Pictures, Juni 1975). Das Phong-Modell ist zur Darstellung von glatten, plastikähnlichen Oberflächen geeignet. Dabei wird das Glanzlicht der Oberfläche durch den Term beschrieben, wobei der Parameter die Rauheit der Oberfläche bestimmt.
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En gráficos 3D por ordenador, el modelo de reflexión de Phong es un modelo de iluminación y sombreado que asigna brillo a los puntos de una superficie modelada. Fue desarrollado por Bui Tuong Phong en su tesis de doctorado de la Universidad de Utah, titulada "Illumination for Computer Generated Pictures" (Iluminación para gráficos generados por ordenador)en 1973, al mismo tiempo que desarrolló un método de interpolación para calcular el brillo asignado a cada píxel en un modelo de superficie. Esta técnica de interpolación recibe el nombre de sombreado de Phong, inlcuso cuando se usa con un modelo de iluminación distinto del de Phong. Phongの反射モデル(Phongのはんしゃモデル)とは、3次元コンピュータグラフィックスにおいて、モデリングされた面上の点に影をつけるための照明と陰影モデルである。 このモデルはユタ大学の理学博士である、Bui Tuong Phongによって開発され、1973年に"Illumination for Computer Generated Pictures"の題で学位論文として発表された。この中には、多角形でモデリングされた表面からラスタライズされた個々のピクセルに対して、補間計算を行う方法が論述されていた。この補間技術は、他の反射モデルが使われている今でさえも、Phongシェーディングと知られている。 Phongの反射モデルでは、一般的なレンダリング方程式をより単純化して扱うことができる。このモデルでは、表面上の点における陰影を決定する際に、次のような単純化ができる利点がある。 1. * このモデルは、局所的な反射モデルである。すなわち、ラジオシティのようなレイトレーシングで行うような二次反射を計算する必要はない。反射した光の減衰を補正するために、外部の環境光の項をレンダリングする際に加えている。 2. * 表面からの反射を3つの項目、すなわち鏡面反射、拡散反射と環境反射に分けている。 最初に、そのシーンにおいて個々の光源を用いてレンダリングするために、 と の項を定義する。これらは、個々の光源における鏡面反射および拡散反射の項の彩度(普通はRGB値になる)である。1個の の項は環境光を設定する。この項は時々、各々の光源の影響を足し合わせたものとして計算される。 次に、それぞれの材質(普通、あるシーンにおいて物体面に対して1対1で設定される)について、以下のものを定義する。 : 鏡面反射係数。入射光に対する鏡面反射率 : 拡散反射係数。入射光に対する拡散反射率(Lambert反射) : 環境反射係数。そのシーンをレンダリングした際のすべての点にもたらされる環境反射係数。 : その材質における光沢度であり、光沢のある点から反射する光がどのくらいの割合で反射するかを決める。 さらに、すべての光源群の光を定義する。物体表面上の点からそれぞれの光源への方向ベクトルを と置き、この表面上の点における法線を 、面上のその点において光線が完全に反射される方向を とする。そして、(仮想的なカメラのような)視点に向かう方向を とする。 それぞれの表面上の点 における陰影は、次の方程式を用いて計算できる。これがPhongの反射モデルである。 拡散反射光の項は視点()の方向には向かっていない。拡散反射光の項はその点から視点方向を含むすべての方向に等しく存在するからである。しかしながら、反射ベクトル が視点ベクトル の向きに非常に近い場合のみ、鏡面反射光の項が大きくなる。これは、 と の間の角度のcos、つまり と のそれぞれの正規化ベクトルの内積に のべき乗で効いてくるからである。この時、 が大きいならば、ほとんど鏡のように反射するように表現される。これは、反射時に視点が反射ベクトルに合っていないならば、cosの高次のべき乗は非常に速く0に収束するので、鏡面反射光は非常に小さくなる。 RGB値として色を表現しているときには、この方程式は普通R、G、Bの輝度それぞれについて個々に計算される。 Phongの反射は経験に基づくモデルであって、光の相互作用の物理的な説明に基づくものではなく、非公式な観察によるものである。Phongはとても輝いている表面は、鏡面ハイライトが小さくその輝度がすぐ落ち込んでいて、一方輝きが鈍い表面は鏡面ハイライトが大きく、その輝度の落ち込みがよりゆるやかであることに気がついた。 この方程式をグラフィカルに表現すると以下のようになる。 Phong方程式を説明した絵図 環境反射光と拡散反射光の色は同じである。環境反射の項は均一であるのに対し、拡散反射の項の輝度は表面の方向によって値が変わることに注意すること。鏡面反射光の色は白色で、表面に当たった光のすべてをほとんど反射するが、それが照らすハイライトは非常に狭い。 Nella computer grafica 3D, il modello di riflessione di Phong è un modello d'illuminazione ed ombreggiatura per calcolare il colore dei punti appartenenti ad una superficie. Venne sviluppato da Bui Tuong Phong durante la sua discussione di dottorato presso l'Università dello Utah. Questa dissertazione prese il nome di "Illumination for Computer Generated Pictures", venne sostenuta nel 1973, insieme ad un metodo che permetteva l'interpolazione di colore per ogni pixel appartenente ad un poligono rasterizzato. La tecnica interpolativa prende il nome di Phong shading, anche nel caso in cui venga utilizzata con modelli di riflessione diversi da quello qui descritto. Il modello di riflessione di Phong può essere visto come una semplificazione della più generica equazione di rendering; con il vantaggio di semplificare il calcolo del colore di un punto della superficie: 1. * È un modello di riflessione locale, ovvero non considera riflessioni di secondo ordine, a differenza di quanto fatto dal ray tracing e dal radiosity. Al fine di compensare la perdita di parte della luce riflessa, un'ulteriore luce ambiente viene aggiunta alla scena. 2. * Divide la riflessione in tre fattori, riflessione speculare, riflessione diffusiva e riflessione d'ambiente. Definiamo per prima cosa, per ogni sorgente luminosa, i componenti e , che sono rispettivamente le intensità (spesso misurate in RGB) dei componenti speculare e diffusivo della luce. Una costante controlla la luce ambiente, e viene a volte calcolata come somma dei contributi forniti dalle varie sorgenti. Se definiamo, per ogni materiale (che solitamente sono assegnati ai materiali con una relazione 1 a 1): : costante di riflessione speculare, la percentuale di luce entrante che viene riflessa : costante di riflessione diffusiva, la percentuale di luce entrante che viene diffusa (riflettenza Lambertiana) : costante di riflessione d'ambiente, percentuale di riflessione della luce ambiente presente in ogni punto della scena : costante di lucentezza del materiale in questione, che decide in quale modo la luce viene riflessa. Definiamo inoltre come insieme di tutte le sorgenti di luce, è la normale in questo punto, è la direzione di un raggio perfettamente riflesso (rappresentato con un vettore), è la direzione verso chi guarda (ad esempio una camera virtuale), e è il vettore direzione dal punto sulla superficie fino ad ogni sorgente di luce. Il valore di shading per ogni punto della superficie viene calcolato usando questa equazione, che poi sarebbe il Modello di riflessione di Phong: Il termine diffusivo non utilizza la direzione , dal momento che è costante in tute le direzioni, inclusa la direzione della camera. Il termine speculare è grande se il vettore è quasi allineato con , valore ottenuto misurando con il coseno dell'angolo formato tra di essi, ovvero il prodotto scalare dei vettori normalizzati e . Quando è grande, la superficie si presenta simile ad uno specchio, e la dimensione della riflessione sarà minima grazie all'alto valore del coseno che tende rapidamente a zero se i due vettori non sono allineati. Quando i colori sono rappresentati con valori RGB, questa equazione viene calcolata separatamente per ogni valore della terna. Quello di Phong è un modello di riflessione empirico, non basato sulla descrizione fisica dell'interazione di luce, ma piuttosto sull'osservazione informale. Phong osservò che le superfici altamente riflettenti creavano un riflesso piccolo, mentre l'intensità di quelle opache diminuiva in maniera più graduata. Questa equazione può essere rappresentata in modo grafico:Spiegazione grafica dell'equazione di Phong In questa immagine, i colori "ambiente" e "diffuso" sono gli stessi; notare che l'intensità della componente diffusiva varia al variare della direzione della superficie, mentre la luce ambiente è costante. Il colore speculare è bianco, e riflette quasi tutta la luce entrante, ma solo in un limitato fascio di direzioni. The Phong reflection model (also called Phong illumination or Phong lighting) is an empirical model of the local illumination of points on a surface. In 3D computer graphics, it is sometimes ambiguously referred to as "Phong shading", in particular if the model is used in combination with the interpolation method of the same name and in the context of pixel shaders or other places where a lighting calculation can be referred to as “shading”. Das Phong-Beleuchtungsmodell ist ein Beleuchtungsmodell in der 3D-Computergrafik, das dazu verwendet wird, die Beleuchtung von Objekten zu berechnen. Das Modell wurde nach seinem Entwickler Bùi Tường Phong benannt und erstmals 1975 vorgestellt (Illumination for Computer Generated Pictures, Juni 1975). Das Phong-Modell ist zur Darstellung von glatten, plastikähnlichen Oberflächen geeignet. Dabei wird das Glanzlicht der Oberfläche durch den Term beschrieben, wobei der Parameter die Rauheit der Oberfläche bestimmt. Es handelt sich um ein vollständig empirisches Modell, das auf keinerlei physikalischer Grundlage aufbaut. Das bedeutet, dass es dem Energieerhaltungssatz widerspricht, der vorschreibt, dass eine Oberfläche höchstens so viele Photonen reflektieren kann, wie auftreffen. Andere Beleuchtungsmodelle wie das Schlick oder Cook-Torrance-Modell sind hingegen vollständig oder zumindest annähernd physikalisch plausibel. Zudem ist das Phong-Beleuchtungsmodell im Vergleich etwa zum Blinn-Beleuchtungsmodell, das eine vergleichbare Bildqualität ermöglicht, langsam zu berechnen. Trotz seiner Mängel findet das Phong-Beleuchtungsmodell aber auf Grund seiner Einfachheit noch häufig Verwendung.
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