《真实感图形》课件.pptxVIP

第9章真实感图形§9.3简单光透射模型§9.2增量式光反射模型§9.1简单光反射模型§9.4光线跟踪显示技术§9.5阴影生成技术真实感的三维形体图形。光学、数学、计算机科学

1.基本光学原理物体的明暗和色彩:眼物体光反射物体上每一个可见点发出的光亮和色彩显示器上像素点光亮和色彩真实感显示光源:发光光源反射光源环境光(背景光):光线经过许多面(反射光源)等多重反射而形成的;即整个室内形成了亮度均匀的背景光。点光源:分布式光源:§9.1简单光反射模型太阳长日光灯

从物体表面反射出来的光取决于:光源中光的成分、光线的方向物体表面的材料性质物体表面的方向分2种漫反射(diffusereflection):镜面反射(specularreflection):(高光方式,highlight)产生明亮的部位,与观察者所处位置、角度有关;表面越光滑,高光效果越明显。光能:被吸收、反射或透射的量在不同表面,从所有观察方向,亮度都相等的光,与观察者位置无关;这些光源在所有方向散射;对不同波长的入射光均不一样。

透射:规则透射(镜面透射)如玻璃等透明物体,光线透过时会弯曲,但通过透明物体仍能看清其它物体;当光线通过透明物体时,会产生:漫透射此时,透过该半透明物体看到的其它物体非常模糊。当光线通过如毛玻璃那样朦胧半透明物体时发生的透射;123456反映物体的透明性。

最常用的一个简单光反射模型Affectshadowsdiffusereflection

反射角(3)还要考虑环境光的漫反射。P向反射的光强度:镜面反射点光源在P处的漫反射环境光的漫反射(9.1)的反射光方向点光源L光强Ip(1)漫反射(各向均匀)(2)围绕理想方向的镜面反射观察点L入射到P的光线(2)围绕理想方向的镜面反射(单位外法矢)(1)各方向均匀的漫反射不透明物体表面P

2.漫反射环境光(即背景光)的漫反射,亮度为:点光源Ip的漫反射:物体某表面不能被发光光源照到,只被环境光照到。其中:Ia-环境光光强度,kd-漫反射系数,(9.2)对于反射表面,由Lanbert’t余弦定理(9.3)kd～1;物体表面吸收大部分环境光,则kd～0。

理论上,到达表面的光亮度与成反比。物体表面接收的入射光与表面到光源距离d有关,大多数光源近似为点光源,为避免当d很小时,分母趋近0,d–P距光源L的距离d0–适当选择0的常数且又能较逼真地显示距光源不同远近物体表面的浓淡图形,式(9.3)修正为:

3.光的镜面反射、Phong模型的导出与实现实际环境中,大多数物体表面一般具有一定光泽,并非绝对粗糙、无光泽。在这些表面上可观察到镜面反射。理想光泽面:实际存在的非理想反射表面:入射角=反射角特定方向才能看到反射光,其它方向看不到表面P处的反射光,看上去是暗的,但,绝对理想的物体并不存在。观察者从靠近反射方向的一定区域内可以看到反射光,这一区域就是高亮区域,越光滑,区域越小,高光效果越强。

Phong模型----模拟镜面反射的一种方法,BuiTuongPhong1975–反射光线与视线的夹角,对从表面P处反射的单条光线:Phong用来模拟此镜面的反射现象:镜面反射光强度与成正比n–由表面的光泽度确定。非常光滑表面:阴暗的无光泽粗糙表面:理想的完全反射物体表面:反射光的强度会随着角度的增加急剧减弱。取较大n,如n=200;可令n～1,如纸板n取∞

镜面反射光强Ips:–镜面反射系数:与入射角有关,材料不同,关系曲线不同。简化的Phong模型:(或)取为与的夹角,代替。若观察者与光源离物体表面充分远,则对表面上的每一点均为常矢量,故也为常矢量。与物体的材料性质有关,

光线在传播过程中能量衰减,类似可得:综合考虑环境光漫反射、点光源漫反射、镜面反射及光线在传播过程中的能量衰减情况,得简单反射模型:只考虑由光源引起的漫反射、镜面反射,其计算不涉及环境中的其它物体,较简单的方法是去掉环境光漫反射分量:其中,,、、、均为单位矢量。具体实现,用前面真实感图形绘制算法,如Z-buffer扫描线算法。

点光源L距观察面很近,则在整个表面上可近似为一个常数;观察者离表面充分远,则