《真实感图形绘制》PPT课件

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1、河南理工大学计算机图形学第8章真实感图形绘制ComputerGraphics第8章真实感图形绘制简单光照明模型多边形着色透明与阴影纹理与纹理映射整体光照模型和光线跟踪实时真实感图形学技术真实感图形绘制真实感图形是综合利用数学、物理学、计算机科学以及其它科学技术在计算机图形设备上生成的、像彩色照片那样逼真的图形。光照明模型的定义在已知物体物理形态和光源性质的条件下，能够计算出场景的光照明效果的数学模型称为光照明模型。简单光照明模型基本光学原理是什么？环境光漫反射光镜面反射光简单光照明模型基本光学原理光照到物体表面时，物

2、体对光会发生反射(Reflection)、透射(Transmission)、吸收(Absorption)、衍射(Diffraction)、折射(Refraction)、和干涉(Interference)。点光源是最简单的光源，它的光线由光源向四周发散。这种光源模型是对场景中比物体小很多的光源合适的逼近。离场景足够远的光源，如太阳，通常用点光源模型来模拟。简单光照明模型当光线照射到不透明物体表面时，部分被反射，部分被吸收。粗糙的物体表面往往将反射光向各个方向散射，这种光线散射的现象称为漫反射(DiffuseReflec

3、tion)。非常粗糙的材质表面产生的主要是漫反射，因此从各个视角观察到的光亮度的变化非常小。表面非常光滑的物体表面会产生强光反射，称为镜面反射(SpecularReflection)。简单光照明模型简单光照明模型模拟物体表面对直接光照的反射作用，包括镜面反射和漫反射，而物体间的光反射作用没有充分考虑，仅仅用一个与周围物体、视点、光源位置都无关的环境光(AmbientLight)常量来近似表示。可以用如下等式表示：入射光=环境光+漫反射光+镜面反射光简单光照明模型环境光环境光是指光源间接对物体的影响，在物体和环境之间多

4、次反射，最终达到平衡时一种光。在简单光照明模型中，我们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，与环境的明暗度有关。(8-1)简单光照明模型漫反射光记入射光强为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θ，如图8-1所示。由Lambert余弦定律，则漫反射光强为：(8-2)θP光源LN图8-1P点处的单位法向量N和P到点光源的单位向量L之间的夹角θ简单光照明模型将环境光和朗伯漫反射的光强合并．得到如下一个比较完整的漫反射表达式：(8-5

5、)镜面反射光在正常情况下，光沿着直线传播，当遇到不同的介质表面时，会产生反射和折射现象，光在反射和折射时，遵循反射定律和折射定律。反射定律入射光线、反射光线与光照点的法向量在同一平面上，而且光线的入射角等于反射角。简单光照明模型折射定律入射光线、折射光线与光照点的法向量在同一平面上，如图8-2，折射角与入射角满足：(8-6)图8-2光的反射和折射φαθθ光源L法向量N反射光线R视线V介质1介质2视点P简单光照明模型Phong提出了一个计算镜面反射光亮度的经验模型，其计算公式为：(8-7)将V和R都格式化为单位向量，则

6、镜面反射光强可表示为：(8-8)其中，R可由计算。简单光照明模型如图8-3，可以推出：,所以：。图8-3半角矢量H与矢量L和V的角平分线方向相同βαθ光源LNRV视点H简单光照明模型Phong光照明模型由物体表面上一点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(8-10)其中R，V，N为单位矢量；Ip为点光源发出的入射光强；Ia为环境光的漫反射光强；Ka环境光的漫反射系数；Kd漫反射系数（）取决于表面的材料；Ks镜面反射系数（）；n幂次，用以模拟反射光的空间分布，表面越

7、光滑，n越大。简单光照明模型Phong光照明模型是真实感图形学中提出的第一个有影响的光照明模型，生成图像的真实度已经达到可以接受的程度。在实际的应用中，还具有以下的一些问题：物体象塑料，没有质感。环境光是常量，没有考虑物体之间相互的反射光；镜面反射的颜色是光源的颜色，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等。多边形着色恒定光强的多边形绘制Gouraud明暗处理双线性法向插值（Phong明暗处理）多边形着色多边形绘制常用的方法有两种将每个多边形用恒定光强来绘制。沿扫描线计算每一像素的光强进行绘制。恒定

8、光强的多边形绘制恒定光强的多边形绘制，又称恒定光强的明暗处理或Flat着色。这种方法主要适用于平面体真实感图形的处理。多边形着色得到一个比较真实的场景，如果三维场景的光照条件满足以下要求：光源处于无穷远处，几乎所有的入射光线都是平行的。观察点距离物体表面足够远，视线矢量与反射光矢量的夹角为一恒定值，也即cosβ为一个恒定值。多边形是景物表面的精