表面镜面反射光亮度由一个经验模型来模拟资料讲解.ppt

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1、表面镜面反射光亮度由一个经验模型来模拟光照产生的场景9.1简单光照明模型用计算机在图形设备上生成连续色调的真实感图形必须完成四个基本的任务建模投影变换可见性计算可见面颜色用数学方法建立所构造三维场景的几何描述，并将他们输入计算机，这部分工作可由三维立体造型或曲面造型系统来完成将三维几何描述转化为二维透视图，这可通过对场景的透射变化来完成确定场景中的所有可见面，这需要使用隐藏面消除算法将视域之外或被其他物体遮挡的不可见面消去。计算场景中可见面的颜色。9.1.1光源光源称为发光体反射表面（如房屋的墙壁）则称为反射光源光源反射面图9.

2、1通常在一个不透明且不发光的物体表面所观察到的光线是其反射光，它由光源与其他物体表面的反射光所共同产生光源的属性光源的几何形状：点光源、线光源、面光源和体光源光源向四周所辐射光的光谱分布：漫反射：粗糙物体表面往往将反射光向各个方向散射，物体颜色实际是入射光线被漫反射后所表现的颜色。镜面反射：光源产生的高光或强光。空间光亮度分布：在计算机图形学中，认为光源通常朝空间各个方向发射的光强是相同的，但实际情况常常不是这样，例如遮挡。图9.2表面的漫反射，镜面反射9.1.2材质材质是真实感图形生成中重要的一个方面材质的颜色是由它所反射的光

3、的波长决定的如果光线被投射至一个不透明的物体表面，则部分光线被反射，部分被吸收。物体表面的材质类型决定了反射光线的强弱。表面光滑较亮的材质将反射较多的入射光，而较暗的表面则吸收较多的入射光。同样对于一个半透明物体的表面，部分入射光会被反射，而另一部分则被折射。9.1.3简单光照明模型讨论不包含透射光的简单光照明模型。假设物体不透明，那么物体表面呈现的颜色仅由其反射光决定。反射光组成：环境反射、漫反射、镜面反射1环境反射光由环境光在邻近物体上经过多次反射所产生的。光是来自四面八方的，例如从墙壁，地板及天花板等反射回来的光，可以看作

4、是一种分布式光源。一个可见物体在仅有环境光照明的条件下，其上各点明暗程度完全一样，分不出哪个地方亮，哪个地方暗。其环境反射光亮度可表示为：(9.1)Ia：为物体的环境光反射亮度Ipa：为环境光亮度ka：为物体表面的环境光反射系数(0≤ka≤1)2漫反射光漫反射分量表示特定光源在景物表面某一点的反射光中那些向空间各方向均匀反射出去的光。表面对入射光在各个方向上都有相同强度的反射，因而无论从哪个角度观察，这一点的光亮度都是相同的郎伯余弦定律对于一个漫反射体，表面的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，即(

5、9.2)Id：为物体表面漫反射光的光亮度Ipd：为光源垂直入射时反射光的光亮度i：为光源入射角kd：为漫反射系数，决定于表面材料及入射光的波长(0≤kd≤1)对于漫反射体，它的表面除受特定光源照射外，还受到从周围环境来的反射光的照射。因此适用于漫反射体的光照明模型可写成(9.3)球面漫反射由于A点的光源入射角为零,故发出的光亮度最大(为Ipd)而B和B’的光亮度就弱些。由于C和C’的光源入射角为90。，故其表面光亮度为零。球面的明暗过渡曲线如图9.3(b)所示光亮度IpdIpd图9.3简单漫反射模型用于球面(a)(b)CBAB’

6、C’IpdcosiiCB’ABC’3镜面反射光镜面反射光为朝一定方向的反射光根据光的反射定律，反射光和入射光对称地分布于表面法向的两侧。对纯镜面，入射至表面面元上的光严格地遵循光的反射定律单向反射出去对于一般光滑表面,由于表面实际上是由许多朝向不同的微小平面组成,其镜面反射光分布于表面镜面反射方向的周围采用余弦函数的幂次来模拟一般光滑表面的镜面反射光的空间分布。(9.4)Is：为观察者接受到的镜面反射光亮度Ips：为入射光的光亮度θ：为镜面反射方向和视线方向的夹角，n：为镜面反射光的会聚指数(与物体表面光滑度有关)ks：为镜面反

7、射系数(与材料性质和入射光波长有关)N反射光入射光光滑平面N反射光入射光镜面视点相关性投向观察者的镜面反射光不仅取决于入射光，而且和观察者的观察方向有关。当视点取在镜面反射方向附近时，观察者接受到的镜面反射光较强，而偏离这一方向观察时，镜面反射光就会减弱甚至消失。图9.5Phong光照明模型用于光滑球面时的情形θIpsIpscosnθEDE’(a)(b)EDE’Ipd光亮度Phong光照明模型应用于光滑平面时图9.5(a)中D点处镜面反射方向和视线方向一致(θ=0)，D处呈现明亮的高光。而在E和E’点，θ变大使观察者接受到的镜面

8、反射光急剧下降。图9.5(b)给出了镜面反射分量的明暗过渡曲线。Phong光照明模型物体表面上任一点射向视点的光亮度I应为环境光、漫反射光和镜面反射光的总和多个光源时ka、kd和ks分别表示环境反射，漫反射和镜面反射分量的比例系数其中符号∑表示对所有特定光源求和