《计算机图形学》课件——第8章 真实感图形的绘制.pptVIP

*三、光线跟踪a）光线与表面交点b）光线树虽然光线在景物间的反射和折射可以无限进行下去，但在计算机中不可能做无休无止的光线跟踪，需要给出光线跟踪的结束条件。当被跟踪的光线射出画面或跟踪深度达到给定层次时，应停止跟踪过程。考虑到被跟踪光线经多次反射和透射后会衰减（由于ks和kt的作用），也可通过判别跟踪光线对显示象素光亮度I的贡献是否小于一阈值来动态控制跟踪深度。设颜色灰度等级为G（通常为255），k为所取阈值，那么凡是对显示象素光亮度I的贡献小于k个灰度级，或者说其贡献系数小于k/G的反射、透射光亮度都没有必要再计算下去。Computeray-tracing{for(需要计算光亮度的每一象素e){确定通过视点V和象素e的光线R；ray-tracing(R,I,1);置e的光亮度为I}}ray-tracing(R,I,A){/*R为当前跟踪光线，I为当前跟踪光线的光亮度，A为I对总光亮度的贡献系数*/if(Ak/G)I=0;//贡献系数小于k/G的反射、透射光亮度都没有必要再计算下去。else{R与景物求交，返回可见点P1；计算P1点的局部照明光亮度Ic;若P1所在表面为光滑镜面，确定P1的镜面反射光线Rr;ray-tracing(Rr,Is,ksA);若P1所在表面为透明面，确定P1的规则透射光线Rt;ray-tracing(Rt,It,ktA);I=Ic+ksIs+ktIt}}算法8-1基于层次包围盒结构的光线跟踪算法。voidintersection(ray,scene){//ray:光线//scene:场景树节点 if(ray与scene的包围盒有交点){ if(scene是终节点){ ray与scene求交。若有交，则将交点置入交点表中。 }else{ for(scene的所有儿子child-of-scene){ intersection(ray,child-of-scene); } } }}*一、色度当眼睛接收到的光包含所有波长的可见光信号,且其强度大致相等时,则发出光线的光源或所看到的物体是非彩色的。非彩色的光源为白光,而从物体反射或透射的非彩色光可能呈现白色、黑色或不同层次的灰色。在光源的白光照射下,若物体可反射80%以上的入射光,则物体看上去是白色的;若反射率小于3%,则物体看去是黑色的;介于它们之间的反射率,则形成了各种深浅不同的灰色。通常,反射光强取值在0~1之间,0对应黑色,1对应白色,而各中间值对应灰色。第七节颜色模型亮度和明度这两个难于严格区分的概念。通常亮度是指发光体本身所发出的光为眼睛所感知的有效数量(多—少),而明度是指本身不发光而只能反射光的物体所引起的一种视觉(黑—白)。物体的亮度或明度取决于眼睛对不同波长的光信号的相对敏感度。图所示为眼睛的相对敏感度曲线。二、三色学说1807年,托马斯杨(T.Young)和赫尔曼·赫姆霍尔兹(H.Helmholtz)根据红、绿、蓝三原色可以产生各种色调及灰度的颜色混合规律,假设在人眼内有三种基本的颜色视觉感觉纤维。后来发现这些假设的纤维和视网膜的锥体细胞的作用类似,所以近代的三色理论认为三种颜色感觉纤维实际上是视网膜的三种锥体细胞。赫姆霍尔兹假定的三种锥体细胞的吸收特性不完全一致,但却非常接近。现代研究测得存在长、中、短三种色素,它们分别单独存在于三种锥体细胞中。这些锥体细胞可分别被称为L、M、S锥体细胞。它们的三种色素的吸收峰分别在445nm、535nm和570nm附近,并具有较宽范围的光谱感觉性。这个学说现在通常称为杨-赫姆霍尔兹学说,也叫作三色学说。杨-赫姆霍尔兹学说的最大优越性是能充分说明各种颜色的混合现象。赫姆霍尔兹用简明的三种神经纤维的假设,使颜色实践中颜色混合这一核心问题得到满意的解释。杨-赫姆霍尔兹学说是真实感图形学的生理视觉基础,我们所采用的RGB颜色模型以及其他的计算机图形学中的颜色模型都是根据这个学说提出来的,还可以根据这个学说用RGB来定义颜色。三色学说是颜色视觉中最基础、最根本的理论。三、原色混合系统与颜色匹配实验在计算机图形学中有两种原色混合系统,它们是红、绿、蓝(RGB)加色系统和青、品红、黄(CMY)减色系统。两种系统中的颜色互为补色。所谓一种颜色的补色是从白色中减去该颜色后所得到的颜色。可见青色