Eclairage et Matériaux Par Xavier Michelon

La spécification d'un matériau pour un objet se fait par l'intermédiaire de 5 paramètres :
- La couleur diffuse
- La couleur spéculaire
- La couleur ambiante
- La couleur émise
- Le coefficient de brillance

Dans la réalité, un rayon lumineux est constitué d'un ensemble d'ondes de longueurs différentes. A chaque longueur d'onde correspond une couleur (visible ou non). Un objet frappé par un rayon lumineux va absorber certaines longueurs d'onde et réfléchir les autres. Si l'herbe est verte lorsqu'elle est éclairée par la lumière du soleil, c'est parce qu'elle ne réfléchit que les ondes dont la couleur est verte.

En informatique, une couleur est représentée par un triplet de composantes rouge, verte, et bleue. Par synthèse additive, on arrive à recréer à partir de ces trois composantes la plupart des couleurs visibles. Pour définir un le comportement d'un objet vis-à-vis d'une couleur RVB, il suffit de dire quel pourcentage de chaque composante est réfléchi. Ainsi, si on affecte à un matériau les pourcentages (R=1, V=0.5, B=0), soit (R=100%, V=50%, B=0%), et si on l'éclaire avec une lumière blanche (R=1,V=1,B=1), le matériau va réfléchir un rayon de couleur (R=1,V=0.5,B=0), et votre objet vous paraîtra orange. Cet exemple montre bien la double signification physique du paramètre : on peut l'interpréter comme le pourcentage réfléchi de chaque composante de couleur, ou bien comme la couleur du rayon réfléchi lorsque l'objet est éclairé par une source de lumière blanche. Vous remarquerez que si vous éclairez cet objet avec une lumière bleue (R=0,V=0,B=1), le matériau va renvoyer une rayon de couleur noire (R=0,V=0,B=0) qui correspond à une absence de lumière.

Puisque nous avons décomposé la lumière émise par une source en lumière diffuse, spéculaire et ambiante, on peut spécifier le comportement du matériau pour chacune de ces composantes, ce qui explique les trois premiers paramètres du matériau : couleur diffuse, couleur spéculaire et couleur ambiante.

Le paramètre de couleur émise correspond à une composante de lumière supplémentaire, qui permet de prendre en compte le fait que certains objets peuvent émettre eux-même de la lumière. Si vous modélisez une ampoule allumée, vous pourrez attribuer du blanc ou du jaune à la couleur émise par le matériau de l'objet. Pour les matériaux classiques, la couleur émise est noire. Cependant, cette couleur émise n'est pas considérée comme une source de lumière pour les autres objets de la scène.

Pour expliquer le dernier paramètre, le coefficient de brillance, revenons à ce que nous avons vu concernant la lumière spéculaire : elle est à l'origine du phénomène de brillance qui crée des tâches de lumière intense sur les objets (voir figure 4 et 5). La composante spéculaire de la lumière est réfléchie dans une direction privilégiée. Dans la réalité, cette réflexion ne se fait jamais de manière parfaite, et le coefficient de brillance permet de modéliser cette imperfection. Sa signification physique est un étalement des taches spéculaires sur les objets lorsqu'on diminue la valeur du coefficient.