《真实感图形》PPT课件

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1、孔令德www.klingde.com第十章主讲：孔令德真实感图形◆颜色模型◆材质模型◆光照模型◆纹理映射本章学习目标本章内容10.1颜色模型10.2材质模型和光照模型10.3纹理映射10.5本章小结10.6习题三维立体进行消隐后，已经生成了具有较强立体感的图形。要模拟真实世界，还必须借助颜色模型、光照模型和纹理映射等技术为其润色，才能产生真实感图形。计算机图形学显示真实感图形学的方法和传统的照相技术很相似。照相的步骤为：架设相机、选择场景、拍摄照片、冲洗成像。事实上，在计算机图形学内，架设相机相当于选择视点、选择场景相当于

2、确定图形显示的范围。拍摄照片相当于根据光照模型、物体材质，纹理方式等模型完成一系列图形变换，并进行透视投影。冲洗照片则是将三维场景消隐后显示在计算机二维屏幕上。这里需要特别说明的是目前真实感图形的开发一般使用OpenGL和DirectX等工具直接进行，这些工具是集成了计算机图形学基本原理和算法的开发环境。只要使用相关的命令，即可高质量地制作出真实感图形，并不需要如本书一样对计算机图形学的基本原理进行编程实现。10.1颜色模型10.1.1基本概念10.1.2RGB颜色模型10.1.3Gouraud明暗处理10.1.1基本概念

3、颜色是外来的光线刺激人的视觉器官而产生的主观感觉。物体的颜色不仅取决于物体本身，还与光源、环境以及观察者的视觉系统有关系。从视觉角度，颜色包含三个要素：色调（Hue）、饱和度（Saturation）和亮度（Lightness）。10.1.1基本概念色调是一种颜色区别于其它颜色的基本要素，如红、绿、蓝、紫等，当人们谈论颜色时，实际上是指它的色调；饱和度是指颜色的纯度，纯色是没有与任何颜色相混合的颜色，纯度为全饱和。在某种颜色中加入白色相当于降低了该颜色的饱和度，鲜红色饱和度高，粉红色饱和度低。亮度是光照的强度。10.1.1基

4、本概念从光学角度出发，颜色的三个特性分别为：主波长、纯度和明度。主波长是产生颜色的光的波长，对应于视觉感知的色调；光的纯度对应于饱和度;明度就是光的亮度。RGB颜色模型可以用一个三维立方体来表示，如图10-2所示。顶点（0，0，0）代表黑色，顶点（1，1，1）代表白色。坐标轴上的三个立方体顶点（1，0，0）、（0，1，0）、（0，0，1）分别表示RGB三原色，余下的三个顶点（1，0，1）、（1，1，0）、（0，1，1）则表示每一个原色的补色，它们分别由同一平面上的两个相邻的顶点颜色混合而成。在立方体的主对角线上，颜色从黑色

5、原点过渡到白色顶点，各原色的变化数量相等，产生了由暗到明的颜色变化，这称为灰度颜色。在具体实现时，可以使RGB函数的三个分量保持相等，就生成灰度色。例如RGB（0，0，0）代表黑色，RGB（255，255，255）代表白色，而RGB（128，128，128）代表其中一个灰度，但当R、G、B三种颜色的数值变化不同步时，就会显示出彩色。10.1.2RGB颜色模型在计算机图形学中，为了对颜色进行融合以产生透明效果，往往还给RGB模型添加一个Alpha分量，形成RGBA模型。当两种颜色进行融合时，Alpha因子决定了两种颜色为融合

6、操作各贡献了多少颜色成分。在计算机上进行颜色设计时，可以选择RGB颜色模型。每个原色分量用一个字节表示，最大强度为255，最小强度为0。本节将颜色强度规范化为浮点数闭区间[0.0，1.0]范围内，使用时将颜色分量直接乘以常数255，再转换为字节类型就可以使用RGB函数来显示颜色。10.1.3Gouraud明暗处理在第四章实面积图形填充算法中，多边形内部使用恒定颜色填充，容易造成在面的交界处产生颜色突变，特别是处理曲面时，对曲面进行了有限元网格划分，如果每个小面使用单一颜色填充，就会造成曲面颜色过渡不光滑，呈块状效应。恒定颜

7、色模型基本不能表达光照效果，需要使用渐变颜色模型，产生改进方法有两种：一种是对多边形顶点的颜色进行插值以产生中间各点的颜色，即Gouraud明暗处理；另一种是对多边形顶点的法矢量进行插值以产生中间各点的法矢量，即Phong明暗处理。本章主要介绍Gouraud明暗处理，使用颜色插值计算方法处理直线和多边形的颜色过渡问题。1.直线颜色渐变直线颜色渐变是光照模型的基础。给定直线两个顶点和颜色，使用拉格朗日线性插值方法可以完成从起点到终点的颜色过渡。式中：（x0，y0）和C0为直线的起点坐标和颜色；（x1，y1）和C1为直线的终点

8、坐标和颜色；C为直线上任意点的颜色值。直线生成算法可以使用本书第三章的Bresenham算法，为了和VC++的LineTo语句风格保持一致，要求绘制直线时采用“起点闭区间，终点开区间”，即直线终点的最后一个像素不绘制。从红色起点过渡到黑色终点为的直线如图10-5所示。2.三角形颜色渐变一个物体无论表面多