计算机图形学真实感图形绘制

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1、1基本概念简单光照模型基于简单光照模型的多边形绘制第十章真实感图形绘制2真实感图形绘制：通过综合利用数学、物理学、计算机以及心理学等知识在计算机图形输出设备上绘制出能够以假乱真的美丽景象。光强（度）：描述物体表面朝某方向辐射光的颜色，它既能表示光能大小又能表示其色彩组成的物理量。基本概念3光照模型（Illuminationmodel），也称明暗模型，主要用于物体表面某点处的光强度计算。简单的光照模型复杂的光照模型基本概念4真实感图形绘制过程根据假定的光照条件和景物外观因素，依据一定的光照模型，计算可见面投

2、射到观察者眼中的光强度大小，并将它转换成适合图形设备的颜色值，生成投影画面上每一个象素的光强度，使观察者产生身临其境的感觉。基本概念5真实感图形绘制步骤在计算机中进行场景造型；进行取景变换和透视变换；进行消隐处理；进行真实感图形绘制。基本概念6简单光照模型环境光漫反射光镜面反射光光强衰减颜色处理10.1简单光照模型7简单光照模型中只考虑反射光的作用。反射光由环境光、漫反射光和镜面反射光三部分组成。简单光照模型8特点：照射在物体上的光来自周围各个方向，又均匀地向各个方向反射。P点对环境光的反射强度为环境光（

3、BackgroundLight）图1环境光的反射9一个粗糙的、无光泽的表面呈现为漫反射。特点：光源来自一个方向，反射光均匀地射向各个方向。由Lambert余弦定理可得点P处漫反射光的强度为：漫反射光（DiffuseReflection）图2漫反射10若L和N都已规格化为单位矢量，则有漫反射光（DiffuseReflection）图2漫反射11对于彩色漫反射光（DiffuseReflection）对于多个漫反射光源12镜面反射遵循反射定律，入射光和反射光分别位于表面法矢的两侧。如果观察者正好处在P点的镜面反

4、射方向上，就会看到一个比周围亮得多的高光点。镜面反射光图3镜面反射13镜面反射情况由Phong模型给出：镜面反射光图3镜面反射若R和V已规格化为单位矢量，则：14从视点观察到物体上任一点P处的光强度I应为环境光反射光强度Ie、漫反射光强度Id以及镜面反射光的光强度Is的总和：物体表面光强计算15光在传播的过程中，其能量会发生衰减。光照模型中必须考虑光强衰减，否则会影响生成图形的真实效果。光强的衰减可以采用常数衰减、一次函数衰减和二次函数衰减等。光强衰减16常用的二次衰减函数光强衰减17选择颜色模型（col

5、ormodel）面向硬件的颜色模型：RGB、CYM面向视觉感知的颜色模型：HSI为颜色分量指定光照模型颜色18以RGB颜色模型为例环境光强度：入射光强度：环境光反射系数：漫反射系数：镜面反射系数：颜色19光强计算公式：颜色20恒定光强Gouraud明暗处理Phong明暗处理10.2基于简单光照模型的多边形绘制21只用一种颜色绘制整个多边形光源在无穷远处，则多边形上所有点的L·N为常数，衰减函数也是一个常数。视点在无穷远处，则多边形上所有点的V·R为常数。多边形是景物表面的精确表示，即不是一个含曲线面景物的

6、近似表示。恒定光强22Gouraud明暗处理方法，又称为亮度插值明暗处理，它通过对多边形顶点颜色进行线性插值来绘制其内部各点，其步骤为：计算每个多边形顶点处的平均单位法矢量；对每个顶点根据简单光照模型来计算其光强；在多边形表面上将顶点强度进行线性插值。Gouraud明暗处理23双线性插值方法Gouraud明暗处理图4Gouraud明暗处理的双线性插值24Phong明暗处理方法，又称为法矢量插值明暗处理，它对多边形顶点的法矢量进行插值以产生中间各点的法矢量，其步骤为：计算每个多边形顶点处的平均单位法矢量；用

7、双线性插值方法求得多边形内部各点的法矢量。最后按光照模型确定多边形内部各点的光强。Phong明暗处理25矢量双线性插值方法Phong明暗处理图5Phong明暗处理的矢量双线性插值2610.3透明处理图6透明表面的光强包括反射光和折射光27透明处理图7简单的透明处理28透明处理图8光的折射2910.4产生阴影阴影是由于物体截断了光线而产生的，所以如果光源位于物体一侧的话，阴影总是位于物体的另一侧，也就是与光源相反的一侧。从理论上来说，从视点以及从光源看过去都是可见的面不会落在阴影中，只有那些从视点看过去是可

8、见的，而从光源看过去是不可见的面，肯定落在阴影之内。30产生阴影产生具有阴影的图形绘制算法将视点移到光源位置，用多边形区域排序消隐算法，将多边形分成两大类：向光多边形和背光多边形。将视点移到原来的观察位置，对向光多边形和背光多边形进行消隐，并选用一种光照模型计算多边形的亮度，就可得到有阴影效果的图形。3110.5模拟景物表面细节颜色纹理：通过颜色色彩或明暗度的变化体现出来的表面细节。几何纹理：由于不规则的细小凹凸造成的。颜色纹