计算机图形学 第五章 真实感图形 (1)

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1、真实感图形授课教师：单位：2主要内容引言光照明模型多边形物体的明暗处理光线跟踪算法纹理映射辐射度方法实时绘制技术非真实感图形绘制技术3主要内容引言光照明模型多边形物体的明暗处理光线跟踪算法纹理映射辐射度方法实时绘制技术非真实感图形绘制技术4引言目标：让计算机生成如同照片般真实的图像生成真实感图形的步骤建立几何模型，确定景物表面的光照属性进行取景变换，将物体投影到二维平面上采用消隐算法剔除当前视点处不可见的场景表面根据光照明模型，计算在可见场景表面的光亮度5主要内容引言光照明模型多边形物体的明暗处理光线跟踪算法纹理映射辐射度方法实时绘制技术非真实感图形绘制技术6光照明模型影响物体表面光照明效

2、果的因素光源观察点位置物体表面局部几何形状表面朝向材料属性光照明模型考虑物体表面上每一个点所代表的微小面元受到来自光源或周围环境光线的照射而产生的反射或透射光亮度7光照明模型最常用的四类光照明模型泛光模型Lambert漫反射模型Phong镜面反射模型Whitted整体光照明模型8泛光模型最简单的光照明模型试图刻画周围环境反射光对物体表面照明贡献9泛光模型假定环境反射光沿任何方向对任何物体表面入射的光亮度都相等，采用常量近似Ienv:物体表面对泛光的反射光亮度Ia:泛射光的入射光亮度Ka:物体表面对泛光的反射率10泛光模型泛光模型的光照明效果（UtahTeapot）直接光源对物体表面的照射有

3、方向性物体表面的反射光分为：漫反射光镜面反射光纯漫射表面只产生漫反射示例：地面、树木11Lambert漫反射模型12Lambert漫反射模型漫反射光是物体表面对入射光线朝各个方向的均匀反射大小只与入射光的光亮度和入射方向有关与漫反射光的反射方向无关均匀反射的光线13Lambert漫反射模型漫反射光亮度和光源入射角（入射光线和表面法向量的夹角）的余弦成正比Id:表面漫反射光的光亮度Kd:物体表面漫反射率Ie:发自光源的入射光的光亮度α:光源入射角14Lambert漫反射模型cosα的计算快速计算平方根（光盘附带源程序）α的变化对Id的影响15Lambert漫反射模型Lambert光照模型I:

4、景物表面的反射光亮度Ia:环境泛光入射光亮度，一般取值范围为0.02Ie～0.2Ie16Lambert漫反射模型Lambert模型的光照明效果（UtahTeapot）17Phong模型镜面高光示例18Phong模型镜面反射光一种朝向一定方向的反射光，它遵从光的反射定律19Phong模型Phong采用余弦函数的幂次来模拟镜面反射光Is:物体表面镜面反射光亮度Ie:发自光源的入射光的光亮度θ:镜面反射方向和视线方向的夹角ks:表面的镜面反射率n:镜面反射光的会聚指数，又称“高光”指数20Phong模型镜面反射方向的计算21Phong模型虚拟镜面法向H22Phong模型Phong模型综合了漫反射

5、、镜面反射及泛光反射分量23Phong模型Phong模型多光源矢量积形式24Phong模型Phong模型的光照明效果（UtahTeapot）25Whitted模型局部光照明模型的局限仅考虑从光源直接发出的光线对物体表面光亮度的贡献没有考虑光线在物体之间的相互反射和透射Whitted模型：整体光照明模型可模拟现实世界中景物表面之间的镜面反射和透射现象26Whitted模型假设从某一观察方向V所观察到的物体表面某点P的光亮度的贡献来自于三个方面：由光源直接照射引起的反射光亮度Ic镜面反射光规则透射光27Whitted模型镜面反射和规则透射示例照片：注意观察树枝在水面的倒影及在水中的折射效果28

6、Whitted模型Whitted整体光照明模型Ic：由光源直接照射在表面上引起的反射光亮度Is：沿V的镜面反射方向r入射到表面上的环境光在表面上产生的镜面反射光It：沿V的规则透射方向t入射到表面上的环境光通过透射在表面上产生的规则透射光ks：表面的镜面反射率kt：表面的透射率29Whitted模型Whitted模型的求解光线跟踪！WhittedT,Animprovedilluminationmodelforshadeddisplay,CommunicationsoftheACM,1980,23(6):343-349.30光照明模型的进一步完善从物体表面上的某一点朝某一特定方向反射的光线的

7、光亮度通常可由一个各向异性函数(e.g.,BRDF)描述相关参数入射光线方向物体表面法向观察方向…31光照明模型的进一步完善光照明模型分类基于经验的简单光照明模型Phong模型基于物理的光照明模型Blinn模型Cook-Torrence模型双向反射率函数（BRDF）模型32光照明模型的进一步完善：图例Phong模型效果http://www.labri.fr/perso/knoedel/cmsimple/images/da