《可见面判断算法》PPT课件

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1、1真实感图形生成2光照模型(1/6)IlluminationModel根据光学物理的有关定律计算景物表面上任意一点投向观察者眼中的光亮度的大小和色彩组成的公式隐面消除算法光照模型计算亮度和色彩3光照模型(2/6)来自光源和周围环境的入射光照在物体表面上时，可能被吸收——吸收的入射光能转化为热能反射透射不仅取决于景物表面的表面特性还取决于入射光能的光源的照明特性4光照模型(3/6)表面特性景物表面的材料反射系数——决定入射光中有多少光线被反射透明性——决定有多少光线从物体后面透射过来反射光和透射光的光谱分布——决定了景物表面呈现的颜色反

2、射光和透射光的强弱——决定了景物表面的明暗程度景物表面的朝向景物表面与光源的相对位置5光照模型(4/6)照明特性光源的性质几何性质：点光源、线光源、面光源、体光源色彩（光谱分布）强度方向点光源向周围辐射等强度的光6光照模型(5/6)局部光照模型只考虑光源直接照射在景物表面所产生的光照效果景物表面通常被假定为不透明，均匀反射率整体光照模型考虑周围环境对景物表面的影响不仅能模拟连续的明暗色调、镜面高光、阴影还能模拟镜面映像、光的折射、相邻景物表面之间的色彩辉映等较为复杂精致的效果7光照模型(6/6)基本光照模型环境光模型Lambert漫反

3、射模型镜面反射和Phong模型8环境光模型(1/4)ambientlight也称背景光，或泛光从周围环境的各个方向投射来的光没有空间或方向上的特征均匀地照射在物体的各个不同的表面上等量地向各个方向反射分布光源精确模拟很耗时9环境光模型(2/4)近似模拟的环境光模型10环境光模型(3/4)特点物体表面对环境光反射的强度与…无关入射光的入射方向观察者的观察方向物体表面的朝向仅与…有关环境光强度物体表面对环境光的反射系数（材质属性）11环境光模型(4/4)缺点物体各个面具有同样的亮度只能为景物表面产生一个平淡的明暗效果观察者很难辨别景物各个

4、面的层次不真实，不实用绘制三维场景时很少仅考虑环境光的作用通常至少要用一个点光源来照射物体在调试阶段可节省不必要的明暗度计算调试变换、投影、求交、消隐程序12漫反射模型(1/3)diffusereflection可看成光穿过物体表面层被部分吸收后重新发射出来的光自然界中的绝大多数景物为理想漫反射体粗糙、无光泽表面，如纸张、石灰粉刷的白墙等13漫反射模型(2/3)Lambert余弦定律理想漫反射体在点光源照射下的光的反射规律漫反射光强度同入射光与物体表面法向之间夹角的余弦成正比景物表面在被照射点处的漫反射光的光强14漫反射模型(3/3)

5、特点：对光线沿各个方向作同等光强的散射各点反射光的强度只与…有关点光源强度、入射角物体表面的反射系数物体各面的朝向而与…无关观察者的观察位置15镜面反射模型（1/9）SpecularReflection是物体外表面对入射光的直接反射非漫反射体有光泽的表面，如光滑的塑料、擦亮的金属等高光区域highlight物体表面越光滑，高光区越小，越亮16理想的反射体（纯镜面）入射光严格遵循光的反射定律单向地反射出去一般光滑表面在微观上物体表面面元是由许多朝向不同的微小平面组成其镜面反射光分布于物面镜面反射方向的周围理想镜面反射LNPRVLNPR粗

6、糙表面的镜面反射一般光滑表面镜面反射LNPR镜面反射模型（2/9）17镜面反射模型（3/9）镜面反射光特点空间分布具有一定方向性光强不仅取决于入射光和表面材料，还与观察方向有关具有与入射光相同的性质LNPR镜面反射18镜面反射模型（4/9）1973年，PhongBuiTuong（博士论文）提出Phong镜面反射模型简称Phong模型计算镜面反射光光强的经验公式19镜面反射模型（5/9）Phong模型采用余弦函数的幂次模拟一般光滑表面的镜面反射光光强的空间分布20镜面反射模型（6/9）镜面高光指数用于模拟镜面反射光在空间的会聚程度由物体

7、表面材质的光滑程度决定21镜面反射模型（7/9）镜面高光指数较光滑的物体表面（如金属、玻璃等）光强的空间分布较集中，高光范围较小宜取较大的值（大于100或更大）粗糙的物体表面（如纸张、木材、粉笔等）光强的空间分布较分散，高光范围较大宜取较小的值（小于或接近于1）22镜面反射模型（8/9）Phong光照明模型为计算方便，镜面高光分量可改写成漫反射分量泛光镜面高光分量LiNRiViθiθiPHi23真实感图形学中提出的第一个有影响的光照明模型存在问题显示出的物体（如塑料）没有质感环境光是常量，没有考虑物体之间相互的反射光镜面反射的颜色是

8、光源颜色，与物体的材料无关镜面反射的计算在入射角很大时会产生失真镜面反射模型（9/9）24简单透明模型（1/5）透明物体如玻璃杯、花瓶、水不但会反射光，还会透射光可通过它看到它背后的物体折射的几何定律Snell定理折射的