El sombreado Gouraud ( / ɡ uː ˈ r oʊ / goo- ROH ), llamado así por Henri Gouraud , es un método de interpolación utilizado en gráficos de computadora para producir sombreado continuo de superficies representadas por mallas poligonales . En la práctica, el sombreado Gouraud se utiliza con mayor frecuencia para lograr una iluminación continua en mallas triangulares calculando la iluminación en las esquinas de cada triángulo e interpolando linealmente los colores resultantes para cada píxel cubierto por el triángulo. Gouraud publicó la técnica por primera vez en 1971. [1] [2] [3] Sin embargo, el soporte de hardware mejorado para modelos de sombreado superiores ha hecho que el sombreado Gouraud quede en gran medida obsoleto en la representación moderna.
El sombreado de Gouraud funciona de la siguiente manera: se especifica una estimación de la normal de la superficie de cada vértice en un modelo poligonal 3D para cada vértice o se obtiene promediando las normales de la superficie de los polígonos que se encuentran en cada vértice. Con estas estimaciones, se realizan cálculos de iluminación basados en un modelo de reflexión, por ejemplo, el modelo de reflexión Phong , para producir intensidades de color en los vértices. Para cada píxel de la pantalla cubierto por la malla poligonal, se pueden interpolar las intensidades de color a partir de los valores de color calculados en los vértices.
El sombreado Gouraud se considera superior al sombreado plano y requiere significativamente menos procesamiento que el sombreado Phong , pero generalmente da como resultado un aspecto facetado.
En comparación con el sombreado Phong, la fortaleza y la debilidad del sombreado Gouraud residen en su interpolación. Si una malla cubre más píxeles en el espacio de la pantalla que sus vértices, la interpolación de valores de color a partir de muestras de cálculos de iluminación costosos en los vértices requiere menos uso del procesador que realizar el cálculo de iluminación para cada píxel como en el sombreado Phong. Sin embargo, los efectos de iluminación altamente localizados (como los reflejos especulares , por ejemplo, el destello de la luz reflejada en la superficie de una manzana) no se renderizarán correctamente, y si un reflejo se encuentra en el medio de un polígono, pero no se extiende hasta el vértice del polígono, no será evidente en una representación Gouraud; por el contrario, si un reflejo se produce en el vértice de un polígono, se renderizará correctamente en este vértice (ya que es donde se aplica el modelo de iluminación), pero se extenderá de forma poco natural por todos los polígonos vecinos a través del método de interpolación.
El problema se detecta fácilmente en una representación que debería tener un reflejo especular que se mueva suavemente por la superficie de un modelo a medida que gira. El sombreado Gouraud, en cambio, producirá un reflejo que aparece y desaparece de forma continua en las partes vecinas del modelo, alcanzando su máxima intensidad cuando el reflejo especular deseado se alinea con un vértice del modelo. Si bien este problema se puede solucionar aumentando la densidad de vértices en el objeto, en algún momento los rendimientos decrecientes de este enfoque favorecerán el cambio a un modelo de sombreado más detallado.
El artículo original de Gouraud describía la interpolación lineal de colores. [1] En 1992, Blinn publicó un algoritmo eficiente para la interpolación hiperbólica [4] que se utiliza en las GPU como una alternativa de perspectiva correcta a la interpolación lineal. Tanto las variantes lineales como las hiperbólicas de la interpolación de colores desde los vértices hasta los píxeles se denominan comúnmente "sombreado de Gouraud".
Cualquier interpolación lineal de intensidad provoca discontinuidades derivadas que desencadenan bandas de Mach , un artefacto visual común del sombreado de Gouraud.