第12讲 三维形体显示技术ppt课件.ppt

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1、第12讲三维形体显示技术——三维形体的真实感显示12.1简单光照明模型——Phong模型12.2Z——Buffer绘制算法12.3真实感效果图生成（选学）12.3.1全局光照模型12.3.2光线跟踪算法12.3.3辐射度算法12.4其它显示技术（选学）纹理映射、IBR技术本章目的1．了解CAD系统图形真实感生成原理2、熟悉简单光照明模型——Phong模型计算方法3、熟悉Z－Buffer算法原理4、了解其它真实感图形显示技术真实感渲染显示欣赏问题的提出实际上，显示器是用密集的像素点阵显示图像，只要知道每一个像素点的颜色就能够显示三维形体。这样问题就转化为：确定每一个像素点所

2、对应形体上的位置（点或区域）（利用Z-Buffer算法等）计算形体上该对应点的颜色（或光强）（光照模型，如Phong模型等）想一想，影响观察点的颜色因素有哪些？12.1简单光照明模型－Phong模型当光照射到物体表面时，物体对光会发生反射、透射、吸收、衍射、折射和干涉。Phong模型只考虑物体对直接光照的反射作用，而物体间的光反射作用用环境光(AmbientLight)来近似表示。具体表述为：Phong模型＝漫反射模型＋镜面反射模型＋环境光模型前述Gouraud方法用光强线性插值不能反映物体对光的反射作用。采用简单光照明模型（phong模型）模型能够模拟物体对光的反射作用

3、。在phong模型中，假定光源为点光源，反射作用被细分为镜面反射(SpecularReflection)和漫反射(DiffuseReflection)。光照规律假设：沿光源方向反射光强为Ip物体表面上点P的法向为N从点P指向光源的向量为L两者间的夹角为1）理想漫反射模型当光源来自一个方向时，漫反射光均匀向各方向传播（如右图），与视点无关，它是由表面的粗糙不平引起的，因而可假定漫反射光的空间分布是均匀的。图漫反射P如果kd表示物体表面漫反射系数（取01之间），则漫反射方程可描述为：（0≤≤设N为物体表面的单位法向量，L为物体表面上一点指向光源的单位矢量，则：如果

4、有多个光源，则光强度计算式为：图漫反射P式中：每一点单位法矢N用扫描线线性插值计算（或精确计算），如右图。（注意：gouraud模型直接颜色插值）2）镜面反射光对于理想镜面，反射光集中在一个方向，并遵守反射定律。对一般的光滑表面，反射光集中在一个范围内，且由反射定律决定的反射方向光强最大。因此，对于同一点来说，从不同位置所观察到的镜面反射光强是不同的。镜面反射光强可表示为：Ks是与物体有关的镜面反射系数(0

5、体表面越光滑。图镜面反射光P镜面反射光将会在反射方向附近形成很亮的光斑，称为高光现象，用高光指数n来反映。镜面反射光产生的高光区域只反映光源的颜色。将V和R都格式化为单位向量，镜面反射光强可表示为：式中：对多个光源：图镜面反射光NLRP3）环境光环境光是指光源间接对物体的影响，是在物体和环境之间多次反射，最终达到平衡时的一种光。近似地认为同一环境下的环境光，其光强分布是均匀的，它在任何一个方向上的分布都相同。例如，透过厚厚云层的阳光就可以称为环境光。在简单光照明模型中，用一个常数来模拟环境光，用式子表示为：其中：Ia为环境光的光强Ka为物体对环境光的反射系数(0

6、<1)4）Phong光照明模型综上分析，Phong光照明模型表述为：由物体表面上一点P反射到视点的光强I为环境光的反射光强Ie、理想漫反射光强Id、和镜面反射光Is的总和，即：按R、G、B三种颜色分量展开计算得：I＝Ie＋Id＋Is由此可得：P用Phong模型进行计算时，对物体表面上每个点P，均需计算光线的反射方向R，再由V计算（R·V），为减少计算，作如下假设：a)光源在无穷远处，即光线方向L为常数；b)视点在无穷远处，即视线方向V为常数；c)为避免计算反射方向R，用（H·N）代替（R·V），这里H为L和V的平分向量，即：H＝（L＋V）/

7、L＋V

8、（可以证明：V与R的夹角

9、是两倍的H与N的夹角，也就是说H与N的夹角可以反映高光）注意：Phong模型对物体表面的每一点的光强进行计算，显然其计算量较大。yxzP已知P点处光源矢量（－3，4，0），法线矢量（0，2，0），视线矢量（4，3，0），沿光源反射光强度Ip为（10，5，5），环境光强度Ia为（1，1，1），物体表面漫反射系数0.2，镜面反射系数0.7，环境光反射系数0.2，高光指数为2。例1、用phong模型计算点P处的光强解：由已知条件计算得P点处：单位光源向量为L（－3/5,4/5,0）镜面反射光单位向量R（3/5,4/5,0