光照明模型计算机图形学课件北京工业大学.ppt

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1、第7章光照明模型（IlluminationMode）1光亮度计算2像素的光亮度值对图形真实感的影响FinalFantasy3续：Antz4续：Antz5续：Urban75.org6光亮度(lighteness)计算依据：光照明模型局部光照明模型Lambert模型Phong模型整体光照明模型Whitted模型光能辐射度方程（隐式）追求目标：光照效果的真实感7扫描线方法光线跟踪方法光能辐射度方法追求目标：画面生成的实时性光亮度计算方法：表面绘制算法8第一节光照模型概念可见光与视觉的形成物体的颜色光源模型局部光照明模型Lambert漫反射

2、光照模型Phong模型简单透射模型整体光照明模型统一光照明模型9光（light）的概念电磁波(Electromagneticradiation,EMR)在空中的传播R(l)表示EMR，用功率来衡量l是波长（wavelength）日光光谱能量钨丝灯泡光谱能量10可见光（Perceivinglight）光的“外表”由其能量谱确定在很窄范围内的电磁波是人眼可见的11可见波谱转换为“颜色（color）”人眼是一个复杂的视觉系统光到颜色的转换是个非常复杂的变换过程12物体的颜色光线照射到物体上一点时：部分光线被吸收（absorbed）转换为其

3、它形式的能量（如热能）部分光线通过物体本身发生“折射refraction”部分光线发生“反射reflected”可能向多个方向反射13续：1415续：可见的折射和反射光在人眼视网膜上形成物体的影像反射和折射光的强度确定物体表面的明暗效果反射和折射光的光谱能量确定物体表面的颜色16颜色的表示人眼对于三种颜色极为敏感：红绿蓝－三基色（tricolor）构成线性系统RGB系统，其中任意颜色可表示为：C(r,g,b)=rR+gG+bBGrassmann定理:RGB颜色系统是连续的redgreenbluewhiteblackyellowcya

4、nfuchsineRGB颜色系统17光源类型环境光照例如：天空、地面、墙面方向光源例如：太阳点光源光线从一点发出18环境光19方向光源20点光源21光照明模型定义定义：根据光学物理有关定律，计算景物表面任一点投向观察者眼中的光亮度的大小和色彩组成的公式光亮度的相关因素：光源的性质（几何分类：点、线、面、体）景物表面的材料景物表面的朝向及景物与光源之间的相对位置等等22光照模型所需的输入条件环境的光源分布入射光的光谱分布景物表面的材料属性物体表面的反射率和透射率的光谱分布输入条件的不同抽象方式定义不同的光照明模型23仅考虑环境光的光照

5、明模型模拟环境中众多表面的光反射效果模型抽象物体表面发生漫反射不考虑有向光源光照计算公式：I=Ia*ka其中Ia表示环境光强度，可假设为常数；ka表示环境光反射系数，由物体表面属性确定，在［0，1］取值24漫反射模型---Lambert模型漫反射(diffusereflection)模型光源：无向光或者方向光模拟效果：入射光向各向均匀反射较暗或不光滑表面(如粉笔或乳胶涂料)具有微结构的表面diffusereflection---Lambertianreflection25无向光源下的漫反射Demo26续：27考虑有向光源的情形28续

6、：29Lambert’sCosineLaw=30Lambert漫反射光照模型其中：I为景物表面在被照射点P处的漫反射光的光亮度，为点光源所发出的入射光亮度为景物表面的漫反射率为入射光与表面法向之间的夹角根据Lambert定律，得到Lambert光照模型：NLP31续：当夹角大于90度时，光源位于物体背面，此时应取亮度为0当夹角为0时，光源直接照射在物体表面，此时反射光最强该光照模型公式可改写为：NLP32Demo333435Lambert漫反射模型的改进同时考虑环境光及光源效果的模型为：其中为入射的泛光光强，为表面对泛光的漫反射系数

7、36续：考虑入射光的距离衰减效果，改进模型为：考虑多个点光源的叠加作用，改进模型为：其中：f为光源强度衰减因子，与距离成反比37说明1：光照明模型的颜色表达假设颜色由红、绿、蓝三原色组合而成对各颜色分量分别进行如上计算，所得结果的组合即为物体表面的颜色。以下公式中的常量均具有三个分量38说明2：Lambert模型的适用范围适用于：理想漫反射物体，如：石灰墙面、羊皮纸等。不适用于：对诸如金属表面的物体不能描述其镜面反射效果。39Phong模型NLRNLR理想镜面反射一般光滑表面的镜面反射是考虑物体镜面反射效果的一种“高光”模型40续：

8、计算表面镜面反射光亮度的经验模型：NLRVH41Demo---Controln42DemoOnlyDiffusephong43DemoN=1,4,744高光指数n的影响45Phong模型与Lambert模型的结合在多点光源照射下，并考