计算机图形学11：真 实感图形.pptVIP

计算机图形学Computer Graphics 第十二讲：光照模型与真实感图形的绘制 第7章　真实感图形 用计算机生成三维场景的真实图形，需完成步骤： (1)在计算机中进行场景造型； (2)进行取景变换和透视变换； (3)进行消隐处理； (4)进行真实感图形绘制 真实感图形绘制 即根据假定的光照条件和景物外观因素，依据一定的光照模型，计算可见面投射到观察者眼中的光强度大小，并将它转换成适合图形设备的颜色值，生成投影画面上每一个象素的光强度，使观察者产生身临其境的感觉。 ? 基本概念： 光强（度）：描述物体表面朝某方向辐射光的颜色，它既能表示光能大小又能表示其色彩组成的物理量。 光照模型（Illumination model），也称明暗模型，主要用于物体表面某点处的光强度计算。 简单的光照模型 复杂的光照明模型 1 简单光照模型 简单光照模型中只考虑反射光的作用 反射光由环境光、漫反射光和镜面反射光三部分组成 §1 简单的光照模型 环境光 Ambient Light 景物没有受到光源的直接照射，但其表面仍具有一定亮度，使它们可见。 环境光在空间中是近似地均匀分布的。 环境光照明方程（数学模型） 其中， I? ——环境光亮度 K? ——环境光反射系数 Ie —— 物体表面的亮度 §1 简单的光照模型 漫反射 Diffuse Reflection 表面粗糙物体表面对光的反射 无论从哪点看，漫反射亮度相同。 漫反射方程（数学模型）郎伯余弦定理 其中， Kd ——漫反射系数 Ip ——点光源的亮度 Id —— 漫反射的亮度 §1 简单的光照模型 镜面反射 Specular Reflection 物体表面在点光源的照射下形成的亮点区域 与反射角有关，表面越光滑，镜面反射越强。 镜面反射方程（数学模型）： 其中， Ks —— 镜面反射系数 Ip ——点光源的亮度 Is —— 观察到的反射光的亮度 n ——镜面反射指数 明暗处理方法（光照模型） 1967年，Wylie等人第一次在显示物体时加进光照效果。 1970年，Bouknight提出第一个光反射模型，指出物体表面朝向是确定物体表面上一点光强的主要因素，用Lambert漫反射定律计算物体表面上各多边形的光强，对光照射不到的地方，用环境光代替。 1971年，Gourand提出漫反射模型加插值的思想。对多面体模型，用漫反射模型计算多边形顶点的光亮度，再用增量法插值计算。 明暗处理方法（光照模型） 1975年，Phong在Comm. ACM上发表论文，提出图形学中第一个有影响的光照明模型。Phong模型虽然只是一个经验模型，但是其真实度已达到可以接受的程度。 明暗处理方法（光照模型） Phong光照模型： Intensity = AmbientLight + DiffuseReflection + + SpecularReflection I = Ia ka+ Id kd cos? + Id W(?,?) cos n? 明暗处理方法（光照模型） I ：景物表面P点的光强 ?：入射光与景物表面法线间的夹角 ? ：反射光与视线间的夹角 Ia ：入射的泛光光强 (ambient light) ka：景物表面对泛光的反射系数 Id ：点光源的入射光强度(diffuse reflection) kd：景物表面的漫反射率 W(?,?)：景物表面的镜面反射率（ ks） n：镜面的高光指数(specular reflection) Wireframe Model Solid Model Flat Shading Flat Shading 对各多面体进行简单快捷的着色。 具有如下特点： 光源在无穷远处，入射光线平行。 即：在同一表面上? 为恒值。 观察点离表面无穷远。 即：在同一表面上? 为恒值。 多边形不是曲面的近似。 因此，在单个多边形内的颜色和亮度相同。 优点：能体现光照效果，渲染速度快 缺点：不能反映点光源在平面上的照射效果；也不能体现曲面光照效果。 Gouraud Shading Gouraud Shading 对多边形进行颜色插值。 沿边界进行插值。 在多边形面上进行插值。 Gouraud Shading Gouraud在多边形的交界处用线性插值的方法均匀改变边界的亮度值，使亮度平滑过渡。 Phong Shading Phong Shading 根据多边形各顶点的法矢量进行线性插值，用得到的法矢量去求每点的光照强度。 光透射模型（Refracting Model） 对于透明或半透明的物体，在光线与物体表面相交时，一般会产生反射与折射，经折射后的光线将穿过物体而在物体的另一个面射出，形成透射光。如