計算機圖形學(xué)10陳永強

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1、1基本概念簡單光照模型基于簡單光照模型的多邊形繪制第十章真實感圖形繪制2真實感圖形繪制：通過綜合利用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計算機以及心理學(xué)等知識在計算機圖形輸出設(shè)備上繪制出能夠以假亂真的美麗景象。光強（度）：描述物體表面朝某方向輻射光的顏色，它既能表示光能大小又能表示其色彩組成的物理量?；靖拍?光照模型（Illuminationmodel），也稱明暗模型，主要用于物體表面某點處的光強度計算。簡單的光照模型復(fù)雜的光照模型基本概念4真實感圖形繪制過程根據(jù)假定的光照條件和景物外觀因素，依據(jù)一定的光照模型，計算可見面投射到

2、觀察者眼中的光強度大小，并將它轉(zhuǎn)換成適合圖形設(shè)備的顏色值，生成投影畫面上每一個象素的光強度，使觀察者產(chǎn)生身臨其境的感覺。基本概念5真實感圖形繪制步驟在計算機中進行場景造型；進行取景變換和透視變換；進行消隱處理；進行真實感圖形繪制?；靖拍?簡單光照模型環(huán)境光漫反射光鏡面反射光光強衰減顏色處理10.1簡單光照模型7簡單光照模型中只考慮反射光的作用。反射光由環(huán)境光、漫反射光和鏡面反射光三部分組成。簡單光照模型8特點：照射在物體上的光來自周圍各個方向，又均勻地向各個方向反射。P點對環(huán)境光的反射強度為環(huán)境光（Back

3、groundLight）圖1環(huán)境光的反射9一個粗糙的、無光澤的表面呈現(xiàn)為漫反射。特點：光源來自一個方向，反射光均勻地射向各個方向。由Lambert余弦定理可得點P處漫反射光的強度為：漫反射光（DiffuseReflection）圖2漫反射10若L和N都已規(guī)格化為單位矢量，則有漫反射光（DiffuseReflection）圖2漫反射11對于彩色漫反射光（DiffuseReflection）對于多個漫反射光源12鏡面反射遵循反射定律，入射光和反射光分別位于表面法矢的兩側(cè)。如果觀察者正好處在P點的鏡面反射方向上，就

4、會看到一個比周圍亮得多的高光點。鏡面反射光圖3鏡面反射13鏡面反射情況由Phong模型給出：鏡面反射光圖3鏡面反射若R和V已規(guī)格化為單位矢量，則：14從視點觀察到物體上任一點P處的光強度I應(yīng)為環(huán)境光反射光強度Ie、漫反射光強度Id以及鏡面反射光的光強度Is的總和：物體表面光強計算15光在傳播的過程中，其能量會發(fā)生衰減。光照模型中必須考慮光強衰減，否則會影響生成圖形的真實效果。光強的衰減可以采用常數(shù)衰減、一次函數(shù)衰減和二次函數(shù)衰減等。光強衰減16常用的二次衰減函數(shù)光強衰減17選擇顏色模型（colormodel）

5、面向硬件的顏色模型：RGB、CYM面向視覺感知的顏色模型：HSI為顏色分量指定光照模型顏色18以RGB顏色模型為例環(huán)境光強度：入射光強度：環(huán)境光反射系數(shù)：漫反射系數(shù)：鏡面反射系數(shù)：顏色19光強計算公式：顏色20恒定光強Gouraud明暗處理Phong明暗處理10.2基于簡單光照模型的多邊形繪制21只用一種顏色繪制整個多邊形光源在無窮遠處，則多邊形上所有點的L?N為常數(shù)，衰減函數(shù)也是一個常數(shù)。視點在無窮遠處，則多邊形上所有點的V?R為常數(shù)。多邊形是景物表面的精確表示，即不是一個含曲線面景物的近似表示。恒定光強2

6、2Gouraud明暗處理方法，又稱為亮度插值明暗處理，它通過對多邊形頂點顏色進行線性插值來繪制其內(nèi)部各點，其步驟為：計算每個多邊形頂點處的平均單位法矢量；對每個頂點根據(jù)簡單光照模型來計算其光強；在多邊形表面上將頂點光強度進行線性插值。Gouraud明暗處理23雙線性插值方法Gouraud明暗處理圖4Gouraud明暗處理的雙線性插值24Phong明暗處理方法，又稱為法矢量插值明暗處理，它對多邊形頂點的法矢量進行插值以產(chǎn)生中間各點的法矢量，其步驟為：計算每個多邊形頂點處的平均單位法矢量；用雙線性插值方法求得多邊

7、形內(nèi)部各點的法矢量。最后按光照模型確定多邊形內(nèi)部各點的光強。Phong明暗處理25矢量雙線性插值方法Phong明暗處理圖5Phong明暗處理的矢量雙線性插值2610.3透明處理圖6透明表面的光強包括反射光和折射光27透明處理圖7簡單的透明處理28透明處理圖8光的折射2910.4產(chǎn)生陰影陰影是由于物體截斷了光線而產(chǎn)生的，所以如果光源位于物體一側(cè)的話，陰影總是位于物體的另一側(cè)，也就是與光源相反的一側(cè)。從理論上來說，從視點以及從光源看過去都是可見的面不會落在陰影中，只有那些從視點看過去是可見的，而從光源看過去是不可

8、見的面，肯定落在陰影之內(nèi)。30產(chǎn)生陰影產(chǎn)生具有陰影的圖形繪制算法將視點移到光源位置，用多邊形區(qū)域排序消隱算法，將多邊形分成兩大類：向光多邊形和背光多邊形。將視點移到原來的觀察位置，對向光多邊形和背光多邊形進行消隱，并選用一種光照模型計算多邊形的亮度，就可得到有陰影效果的圖形。3110.5模擬景物表面細節(jié)顏色紋理：通過顏色色彩或明暗度的變化體現(xiàn)出來的表面細節(jié)。幾何紋理：由于不規(guī)則的細小凹凸造成的。顏色