真实感图形绘制1

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1、第十二讲真实感图形绘制简单光照明模型多边形绘制方法表面细节模拟透明整体光照明模型现实世界中，物体所表现的颜色都是光能作用的结果。客观世界中的物体都不同程度地具有发射光线、吸收光线、反射光线和透射光线的能力。光线照射到物体表面时，一部分被吸收并转化为热能，其余部分被则反射或透射。正是部分反射或透射的光线被眼睛接收后，我们才感觉到物体的存在及其所特有的形状和色彩。因此，要绘制高度真实感图形，就必须定义场景中的光源。为了便于计算，我们必须定量地描述光的多少或强弱，亮度和强度就是用来定量描述光的两个基本概念。物体表面光

2、的亮度是指单位投影面积在单位立体角内发出的光的能量，它是物体表面上的小面元所具有的性质。对点光源常用强度来代替亮度。强度是指点光源在单位立体角内发出的光能。同样大小的被照射面离光源越远，接收到的光能就越少。光的传播服从反射定律和折射定律，光源与物体所表现颜色的关系可通过光照模型来模拟。物体所表现的颜色与光源有密切的关系。光照模型的作用就是计算物体可见表面上每个点的颜色与光源的关系，因此它是决定图形真实感的一项重要内容。物体表面发出的光是极其复杂的，它既与环境中光源的数目、形状、位置、光谱组成和光强分布有关，也与

3、物体本身的反射特性和物体表面的朝向有关，甚至还与人眼对光线的生理和心理视觉因素有关。把这一切都通过计算机精确地计算出来是不现实的，我们只能用尽可能精确的数学模型——光照模型来模拟光和物体的相互作用，从而近似地计算物体可见表面每一点的亮度和颜色。简单光照明模型光照射到物体表面，主要发生：反射透射（对透明物体）部分被吸收成热能反射光，透射光决定了物体所呈现的颜色简单光照明模型假定物体是不透明的（即无透射光）环境光：在空间中近似均匀分布，即在任何位置、任何方向上强度一样,记为Ia环境光反射系数Ka：在分布均匀的环境光

4、照射下，不同物体表面所呈现的亮度未必相同，因为它们的环境光反射系数不同。光照明方程（仅含环境光）：Ie=KaIaIe为物体表面所呈现的亮度。简单光照明模型点光源的照射：照在物体的不同部分其亮度也不同，亮度Ip的大小依赖于物体的朝向及它与点光源之间的距离.漫反射(diffusereflection):粗糙、无光泽的表面对光的反射朗伯余弦定律：Id=IpKdcosa漫反射光的强度只与入射角有关光照明方程（含环境光与漫反射光）I=Ie+Id=IaKa+IpKdcosa简单光照明模型镜面反射：光滑表面，“高光”效果；理

5、想反射面与非理想反射面Phong模型光照明方程简单光照明模型光的衰减两个阶段：1）从光源到物体表面的过程中的衰减2）从物体表面到人眼过程中的衰减总的效果：物体表面的亮度降低光照明方程1）有效衰减函数的加入2）深度暗示技术的加入简单光照明模型彩色场景的产生1）选择一个合适的颜色模型2）为颜色的三个分量分别建立光照明方程光照明方程固定颜色光的光照明方程任意颜色光的光照明方程多光源照射的光照明方程简单光照明模型最基本的光照模型是Phong模型，它首次使光源和视点的位置可以任意选定。Phong模型表达式如下：Phong

6、模型假设反射光线集中在反射方向(反射角等于入射角的方向)附近，并随着与反射方向夹角的增大，反射光急剧减弱。用Phong模型计算所得的物体象塑料，镜面反射光是光源的颜色，不能反映物体表面的材料特性，而且镜面反射在入射角很大时有失真。这个模型模拟的反射效果不理想，用它生成的图形缺乏质感。多边形绘制方法分类：均匀着色与光滑着色均匀着色所适用场景：1）光源在无穷远处；2）视点在无穷远处；3）多边形是物体表面的精确表示；光滑着色，亦称插值着色Gouraud着色方法Phong着色方法多边形绘制方法Gouraud着色方法通过

7、对多边形顶点颜色进行线性插值来获得其内部各点颜色，又称颜色插值着色方法。对多边形网络中的每一个多边形，其着色步骤如下：1）计算多边形的单位法矢量；2）计算多边形顶点的单位法矢量；3）利用光照明方程计算顶点的颜色；4）在扫描线消隐算法中，对多边形顶点颜色进行双线性插值，获得多边形内部（位于多边形内的扫描线上）各点的颜色。多边形绘制方法Phong着色方法通过对多边形顶点的法矢量进行线性插值来获得其内部各点的法矢量，又称法向插值着色方法。步骤如下：1）计算多边形的单位法矢量；2）计算多边形顶点的单位法矢量；3）在扫描

8、线消隐算法中，对多边形顶点的法矢量进行双线性插值，获得多边形内部（位于多边形内的扫描线上）各点的法矢量；4）利用光照明方程计算各点的颜色。光照模型--明暗的光滑处理Phong光照明模型示意彩图多边形绘制方法两方法的比较1）Phong着色方法计算量远大于Gouraud着色方法2）Phong着色方法绘制的图形比Gouraud方法更真实体现在两个场合：高光区域的扩散不产生高光区域插值着色方法