A hipótese de que as fontes de luz pontuais estão infinitamente distantes da cena é adequada para a análise de cenários específicos: quando a cena é iluminada pela luz solar, quando a distância da cena à fonte é muito maior do que a dimensão dos objetos observados ou em casos particulares de canhões de luz que projetam a luz como um feixe paralelo. No entanto, no caso de cenas em ambientes internos (isto é, não iluminados pelo Sol) é comum encontrar fontes de luz suficientemente próximas dos objetos para que se perceba o caráter não-paralelo dos raios luminosos.
Para tratar com modelos de iluminação mais realistas nesse sentido, vários métodos de calibração de fontes de luz foram desenvolvidos para determinar não a direção da fonte, mas sim a sua posição em relação à cena, representada pelas suas coordenadas tridimensionais.
2.2.1 Análise de sombras
Ao contrário do que ocorre com as fontes direcionais, nas pontuais próximas a sombra não depende somente da geometria e orientação dos objetos da cena — depende também de sua posição em relação ao iluminante e ao plano de sombras. Dessa maneira, os trabalhos vistos neste grupo analisam a relação entre a geometria dos objetos e a posição das sombras formadas para determinar as coordenadas das fontes.
Bouguet e Perona [1997, 1998, 1999] estimam as coordenadas de uma fonte através da sombra produzida por uma barra de tamanho conhecido. Várias imagens são to- madas da barra, sendo que em cada uma a barra é posicionada perpendicularmente a um plano-base, de modo que seja possível identificar claramente os extremos da barra e da sombra. Dado que cada ponto da cena (o extremo superior da barra) e sua sombra devem estar alinhados com a fonte de luz, é construído um sistema de equações para determinar a melhor posição para a fonte.
O trabalho de Poulin et al. [1997] foi citado na Subseção 2.1.3 como sendo um al- goritmo híbrido, que detecta fontes pontuais quando os cálculos concluem que uma determinada fonte não pode ser classificada como direcional. Entretanto, a exatidão dessa classificação depende totalmente da qualidade das informações fornecidas pelo usuário.
2.2.2 Métodos baseados na imagem de objetos com geometria conhecida
Os trabalhos apresentados a seguir baseiam-se em técnicas que analisam a imagem de alguns objetos cuja forma é previamente conhecida. O mais comum é o uso de esferas, pela facilidade de parametrizá-las e pela simplicidade de estabelecer relações entre a iluminação incidente e a radiância observada: neste caso, em geral a calibração da fonte se faz pela triangulação entre a direção de incidência da fonte sobre cada esfera.
Mancini e Wolff [1992] não se limitam a objetos esféricos: partem do conhecimento prévio da geometria dos objetos, obtido por um scanner de profundidade, e apresentam uma abordagem iterativa que combina a análise do sombreamento e o mapa de profun- didade. O método simultaneamente estima as coordenadas da fonte de luz e refina a informação sobre a geometria dos objetos.
Weber e Cipolla [2001] desenvolvem um método para a determinação de fontes pró- ximas com base em objetos de superfície lambertiana, com geometria convexa e previ- amente conhecida, embora o artigo apresente desenvolvimento e conclusões específicas para cubos. O objeto é imageado em várias posições distintas, sendo que sua posição em cada imagem em relação à câmera também deve ser calibrada. O processo analisa a radiância observada em cada ponto da superfície do objeto para obter primeiro a direção da fonte, e em seguida a distância desta ao objeto.
Powell et al. [2000] permite a calibração de fontes com base na especularidade ob- servada em algumas esferas, cuja posição relativa é previamente conhecida. Cada esfera deve ter uma metade especular e transparente e outra metade lambertiana, o que é uma montagem bastante incomum. Dois métodos distintos são apresentados: utilizando duas esferas em conjunção com o mapa de profundidade, ou utilizando três esferas apenas com base nas imagens de intensidade. O trabalho seguinte, Powell et al. [2001], desen- volve o método com três esferas.
Zhou e Kambhamettu [2004a,b] estendem o trabalho anterior dos mesmos autores (2002) e tratam da calibração de fontes próximas. Consideram, porém, que essas fontes são não-pontuais, de modo que o algoritmo estima sua posição e área. Utilizam um conjunto de pares estéreo de uma esfera, colocada em posições diferentes para cada par de imagens. A superfície da esfera combina características lambertianas e especulares.
O trabalho de Takai et al. [2004], citado anteriormente na Subseção 2.1.1.4, permite o cálculo das coordenadas de múltiplas fontes pontuais próximas, além da orientação de fontes direcionais, com base na observação do sombreamento de um par de esferas.
O fato de que a geometria dos objetos deve ser previamente conhecida para todos os métodos apresentados limita bastante o seu uso. Vários métodos também reque- rem o conhecimento sobre posição dos objetos, ou recuperam essa informação pelo uso de scanners de profundidade ou visão estéreo. Dessa forma, os trabalhos apresentam restrições significativas de montagem e uso.
2.2.3 Métodos baseados na aparência desejada da cena
Alguns trabalhos para a determinação das coordenadas de fontes pontuais utilizam um objetivo diferente: ao invés de procurar fontes que descrevem a imagem de uma cena, esses métodos procuram calibrá-las com base no efeito final desejado — por exemplo, o usuário especifica quais são as regiões da cena que devem ser mais iluminadas ou que devem ficar na penumbra. Essas abordagens são chamadas de projeto de iluminação (lighting design) e se fundamentam em critérios psicológicos da percepção humana.
O termo “projeto de iluminação” é abrangente, pois refere-se à determinação de vários parâmetros das fontes de iluminação: posição, orientação, intensidade, cor, etc. Muitos trabalhos se propõem a recuperar apenas um subconjunto desses parâmetros: por exemplo, os de Schoeneman et al. [1993] e Kawai et al. [1993] não apresentam al- goritmos para determinar as coordenadas das fontes, assumindo que são estabelecidas previamente pelo projetista. Os trabalhos que tratam especificamente da posição das fontes são apresentados a seguir.
O trabalho de Poulin et al. [1997] é bastante flexível e seus fundamentos podem ser utilizados tanto para a calibração de fontes distantes (Subseção 2.1.3) ou próximas (Subseção 2.2.1), mas seus métodos também podem ser usados como base para projetos de iluminação.
Costa et al. [1999] encontram as posições e as características das fontes com base na geometria e nos materiais, através de um algoritmo de refinamento sucessivo e de especificações de projeto estabelecidas pelo usuário.
Shacked [2001] e Shacked e Lischinski [2001] baseiam-se nos mesmos dados de en- trada de Costa et al.. A principal diferença entre os dois trabalhos está nos critérios de percepção em que se baseia a função de otimização dos parâmetros.