计算机图形学孙家广第三版-第4章

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1、第4章真实感图形学真实感图形学研究什么？早期，计算机的速度，使人们满足于线框图1967年，Wylie开始了用计算机生成真实感图形的探索。21世纪，图形无所不在！清华大学计算机科学与技术系清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础内容颜色视觉简单光照明模型局部光照明模型光透射模型纹理及纹理映射整体光照明模型实时真实感图形学技术清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础4．1颜色视觉分析以下的基本现象：为什么计算R、G、B三个分量就可以使人有颜色的视觉感觉？清

2、华大学计算机科学与技术系基本概念颜色是外来的光刺激作用于人的视觉器官而产生的主观感觉，影响的因素有：物体本身光源周围环境观察者的视觉系统清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础颜色的特性颜色的三个视觉特性(心理学度量）色调(Hue)一种颜色区别于其他颜色的因素，如：红、绿、蓝饱和度(Saturation)颜色的纯度亮度(Lightness)光给人的刺激的强度清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础对应的颜色物理特性主波长（DominantWavelength)产生颜色光的波长，对应于视觉感知的

3、色调纯度(Purity)对应于饱和度明度(Luminance)对应于光的亮度清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础颜色纺锤体颜色三特性的空间表示垂直轴线表示白黑亮度变化水平圆周上的不同角度点代表了不同色调的颜色从圆心向圆周过渡表示同一色调下饱和度的提高平面圆形上的色调和饱和度不同，而亮度相同清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础光的物理知识光是人的视觉系统能够感知到的电磁波波长在400nm到700nm之间(1nm=10-9m)光可以由它的光谱能量分布来表示各种波长的能量大致相等，为白光清华

4、大学计算机科学与技术系计算机图形学基础各波长的能量分布不均匀，为彩色光包含一种波长的能量，其他波长都为零，是单色光清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础光谱能量分布定义颜色十分麻烦光谱与颜色的对应关系是多对一两种光的光谱分布不同而颜色相同的现象称为“异谱同色”必须采用其他的定义颜色的方法，使光本身与颜色一一对应清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础三色学说颜色视觉及真实感图形学的生理基础，颜色科学中最基本、最重要的理论颜色具有恒常性，颜色之间的对比效应能使人区分不同颜色颜色具有混合性，牛顿

5、在十七世纪后期用棱镜把太阳光分散成光谱上的颜色光带，证明白光由很多颜色光混合而成清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础十九世纪初Yaung提出某种波长的光可以通过三种不同波长的光混合而复现出来的假说红（R）、绿（G）、蓝（B）三原色把三种原色按照不同的比例混合就能准确的复现其他任何波长的光三原色等量混合产生白光Maxwell用旋转圆盘证实了Yaung假设。清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础1862年，Helmhotz在上面的基础上提出颜色视觉机制学说，即三色学说，也称为三刺激理论用三种

6、原色能够产生各种颜色的三色原理是当今颜色科学中最重要的原理和学说清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础近代三色学说视网膜中存在着三种椎体细胞，对光刺激的兴奋程度不同，分别感受红、绿、蓝光。作用与颜色混合相同黄光刺激眼睛的例子三色学说是真实感图形学中RGB颜色模型提出的理论基础清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础CIE色度图三色学说原理说明任何一种颜色可以用红、绿、蓝三原色按照不同比例混合来得到。还有如何使三原色按某唯一比例混合复现给定颜色的问题。颜色匹配－混合光与给定光的颜色相同CIE－

7、国际照明委员会选取的标准红、绿、蓝三种光(700,546,435.8)清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础CIE-RGB系统光的颜色匹配式子：权值r、g、b为颜色匹配中所需要的R、G、B三色光的相对量1931年，CIE给出等能标准三原色匹配任意颜色的光谱三刺激值曲线清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础CIE-XYZ系统CIE-RGB曲线一部分三刺激值是负数，表明只能在给定光上叠加曲线中负值对应的原色，去匹配另两种原色的混合计算不便，不易理解1931年CIE-XYZ系统，利用三种假想的标

8、准原色X、Y、Z，使颜色匹配三刺激值都是正值：任何颜色都能由标准三原色混合匹配（三刺激值是正的）清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础色度图复现颜色的三原色比例值是否唯一？三刺激空间－用三原色的单位向量定义三维颜色空间颜色刺激表示为三刺激空间中以原点为起点的向量，向量的方向代表颜色清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础三刺激空间色度平面色度图清华大学计算机科学与技术系计算机图形学基础在三刺激空间上取通过（R）、（G）、（B）坐标轴单位向量的截面，截面的方程为（R）＋（G）＋