第十四章光照模型与面绘制算法

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1、课程内容进展综述几何变换观察流水线裁剪基本图元曲线曲面实体造型可见面判别光照面绘制UI动画……建模观察显示其它‘图形学’和‘图形系统’坐标系统第九讲光照模型与面绘制算法基本概念光照模型IlluminationModel计算表面上点的光强度的模型（方法）表面绘制算法SurfaceRendering对场景中所有表面的投影位置的象素点，根据光照模型计算光强度的过程真实感成像(前提首先是建立几何模型、透视投影、消除隐藏面)表面特性的精确表示场景中光照效果的物理描述：反射、透明度、纹理、阴影光的度量光源一般

2、会向不同方向以不同强度发出光通量——光通量：光能，单位时间传递的辐射能总量单位：瓦特（焦耳/秒）或者流明lm要获得场景中表面上的光照效果——辐射度B：单位面积上离开表面的光通量。单位：瓦特/米2光强度：特定方向上单位立体角放出的光辐射度单位：cd(坎德拉)或者瓦特/（米2·球面度）光源发光光源光的来源反射光源点光源发光特性无穷远光源光的颜色方向光源扩展光源白色光等能量的各种波长可见光的组合彩色光单色光光源(续)背景光(环境光)影响物体的方式反射光镜面反射漫反射漫反射镜面反射背景光+反射光点光源发射光

3、本章主要内容一、基本光照模型二、RGB颜色三、基本透明模型四、雾气五、阴影六、光强度显示七、半色调处理八、表面绘制（明暗）九、光线跟踪十、辐射度光照模型纹理映射OpenGL实现光照和表面绘制一、基本光照模型各表面为理想漫反射体：假设入射光在各个方向以相同强度发散而与观察位置无关环境光引起的全局漫反射点光源引起的漫反射点光源引起的镜面反射多个点光源引起的反射表面光发射辐射强度衰减角强度衰减环境光特点场景的一般亮度对所有表面的统一照明反射强度依赖于表面材质属性环境光全局漫反射计算Iambdiff=KdI

4、a0Kd1每个表面设定漫反射系数Kd环境光强度Ia点光源漫反射特点：光线照射到物体表面后，向各个方向均匀发出点光源漫反射计算IL,diff=KdILcos=KdIL(N.L)IL光源强度Kd表面的漫反射系数入射光与表面法线夹角LN（1）环境光＋点光源KaIa+KdIL(N.L)N.L>0KaIaN.L0Ka环境光漫反射系数（为每一表面指定，用来调节环境光的最终光照效果）Kd表面漫反射系数Ia环境光强度IL点光源L的光强度Idiff=ka与kd值介于0到1.0之间的球面在暗灰色环境光与一个白

5、色点光源照射下产生的漫反射点光源镜面反射光亮表面，大nsPhong镜面反射模型ns：镜面反射参数Ks：恒定的镜面反射系数（本来应该和材质、透明度、入射光角度、颜色等有关）黯淡表面，小ns特点镜面反射角=入射角在镜面反射角的一个会聚区域内入射光的全部或大部分成为反射光注意：L,N,R,V均为单位向量对于不同的镜面参数值计算单个点光源场景中球面的镜面反射效果nsKsH：L和V间的半角向量给定的光源和视点，H是观察方向上产生最大镜面反射（最大亮度）的表面朝向简化的Phong模型:用NH替代VR对于非平面，

6、具有更高效率注意：L,N,R,V均为单位向量（2）phong照明模型(与漫反射合并)Ka环境光漫反射系数Kd表面漫反射系数Ia环境光强度IL光源L的强度Ks镜面反射系数ns镜面反射参数N表面法线单位矢量L指向光源方向单位矢量H理想镜面反射方向单位矢量环境光，单个点光源的漫反射＋镜面反射环境光，多个点光源的漫反射＋镜面反射(a)(b)(c)(d)场景的线框图；环境光，不同表面颜色单个点光源，(ks=0)环境光和漫反射；单点光源，环境光、漫反射和镜面反射表面光发射例子：吸顶灯，招牌点光源＋光锥用扩展光源

7、逼近：点光源网格更强的真实感：辐射度模型简单的计算：加入发射项Isurfemission（3）考虑表面发射项和强度衰减O无穷远光源点光源与表面距离为dl光源不是方向光源对象位于投射圆锥外其它点光源辐射强度衰减方向光源角强度衰减al：衰减指数VobjVlight对象后面的光源其它其它对象后面的光源光照模型（光强的计算）颜色透明度其它效果强度等级的划分强度的显示二、RGB颜色为Ka,Kd,Ks各自定义RGB分量，例如以蓝色为例，点光源漫反射计算修改为：漫反射和镜面反射颜色向量(K为单值常数)漫反射颜色向

8、量镜面反射颜色向量以蓝色为例，点光源漫反射计算修改为：三、基本透明模型折射Snell定律简化的透明模型计算方法I=(1-Kt)Iref1+KtItransKt透明系数，Iref1反射强度，Itrans透射强度深度排序、深度缓存算法、A缓存算法入射材料折射率折射材料折射率四、雾气fatmo(d):雾气衰减函数Iobj:对象表面光强度Iatmo:模拟雾气光强度（也可同时考虑颜色）d:观察位置到对象的距离ρ：雾气的正密度ρ越大，雾气越稠密，表面越柔和五、阴影视点置于光源位置