[工学]计算机图形学12：光线跟踪.ppt

光线跟踪 Ray Tracing P V A B C D E 结束条件： 与光线背离 出了场景 达到光线递归步数最大值 光线跟踪 Ray Tracing 对于树上任一结点Pi所受到的光照，除了光照模型中的漫射光源Ipd、直射光源Ips、透射光源Ipb之外，还有左儿子结点传来的光强Ir（反射跟踪线传来的光强），和右儿子结点传来的光强It（透视跟踪线传来的光强）。设前三种光源（Ipd、Ips、Ipb）使得Pi沿着跟踪线射回的光强为IG。Ir沿着跟踪线在Pi点射的回光强主要由Pi点的镜面反射系数所控制，强度为Wp× Ir。这是因为跟踪线V正在Ir之反射线上。It在Pi处射出的光强为Tp× It。 ?1 ?1 ?2 ?2 V IG Ir N It Pi I 综合起来，PI处沿视线方向V射去的光强I为: I = IG + Wp× Ir + Tp× It其中，Wp为Pi处的镜面反射系数，Tp为Pi处的透射系数。 Distributed Ray Tracing 光线跟踪方法的优缺点 显示它不仅考虑到光源的光照，而且考虑到场景中各物体之间彼此反射的影响，因此显示效果十分逼真。 有消隐功能：采用光线跟踪方法，在显示的同时，自然完成消隐功能。 有影子效果：光线跟踪能完成影子的显示， 该算法具有并行性质：每条光线的处理过程相同，结果彼此独立，因此可以大并行处理的硬件上快速实现光线跟踪算法。 光线跟踪算法的缺点是计算量非常大，因此，显示速度极慢。 漫反射+镜面反射+透射 多边形法线插值着色 纹理 光线跟踪（阴影、倒影） Computer Graphics 第十讲：真实感图形的绘制 Wireframe Model 三维模型线框图 Solid Model 确定物体颜色 Flat Shading 漫反射 等亮度多边形着色 Gouraud Shading 漫反射 多边形亮度插值着色 漫反射+镜面反射 多边形法线插值着色 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。如果视点在折射光线的方向上，就可以看到透射光。 1980年Whitted提出了一个光透射模型：Whitted模型 1983年，Hall在此进一步给出Hall光透射模型，考虑了漫透射和规则透射光。 光透射模型（Refracting Model） 光透射的简单模型：(颜色调和公式 ) I = tIa + (1-t) Ib 0 ? t ? 1 Ia、 Ib分别为A,B的光强（即颜色值） t为透明度, t = 0表示完全透明 t = 1表示完全不透明 由于未考虑透射光的折射，以及透明 物体的厚度，颜色调和法只能模拟玻 璃的透明或半透明效果。 (x,y) Ia Ib 光透射模型：Whitted模型 在简单光照模型的基础上 I = Ia ka+ Id kd cos? + Id ks cos n? + It k’t + Is k’s ?1 ?1 ?2 ?2 V S L N T V — 视线； L — 入射光； S — 镜面反射； T — 折射。 光透射模型：Hall模型 Hall光透射模型是在Whitted光透射模型的基础上推广而来的，它能够模拟透射高光的效果，实际上，就是在Whitted模型的光强计算中加入光源引起的规则透射分量，同时还可以处理理想的漫透射。 Hall用下面的式子模拟透射高光现象： It = Ip kt cos n ?2 其中， It 规则透射光在视线方向的强度， Ip 为点光源的强度； kt为物体的透明系数，n为反映物体表面光泽的常数。 光透射模型：Hall模型 只有视点与光源在透明物体的两侧时，才能透过透明体看到透射高光。 光线射入和射出透明体，均会产生折射，我们通常不考虑第一次折射。 折射的临界角现象，当光线从高密度介质射向低密度介质，而且入射角大于临界角时，不再发生折射，而产生内部反射。这时的临界角为： 漫反射+镜面反射+透射 多边形法线插值着色 纹理及纹理映射（Texture Mapping） 在现实世界中的物体，其表面通常有它的表面细节，即各种纹理(Texture)。 通过颜色色彩或明暗度变化体现出来的表面细节，这种纹理称为颜色纹理。如刨光的木材表面上有木纹，建筑物墙壁上有装饰图案，机器外壳表面有文字说明它的名称、型号等。 另一类纹理则是由于不规则的细小凹凸造成的，例如桔子皮表面的皱纹，称为几何纹理或称凹凸纹理。 纹理映射是把我们得到的纹理映射到三维物体的表面的技术。 纹理及纹理映射（Texture Mapping） 我们可以用如下的两种方法来定义纹理： 图象纹理：将