真实感图形学345教学提纲.ppt

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1、真实感图形学345用局部光反射模型生成的各种材质的瓶子在光照模型中，镜面反射项的颜色不仅取决于光源的波长，也与物体的材质有关。我们从光的电磁理论和微平面分布理论推导具有一般意义的局部光反射模型。理论基础:光的电磁理论光的振动是电磁振动，光波是电磁波的一种。光波由电矢量E和磁矢量H组成。电矢量的振动只限于某一确定方向的光称为平面偏振光，我们把电矢量在各个方向上的时间平均值相等的光称为自然光。可以认为：自然光的一半能量属于与入射面平行的振动，另一半能量属于与入射面垂直的振动。因此有以下公式：自然光反射率系数的Fresnel公式是入射角，若发生反射的物体表面两侧折射率分别为和，那么满足这样的一个

2、式子：折射率反射率与折射率有关，是波长的函数微平面理论简单光照明模型假定物体表面是理想光滑的，微观情况下，物体表面粗糙不平局部光照明模型中反映物体表面的粗糙程度粗糙物体表面由无数微小理想镜面组成这些平面朝向各异，随机分布对于每一个微平面，只有在它的反射方向上才有反射光，理想镜面反射微平面示意微平面是理想镜面，反射率可用Fresnel公式计算，而粗糙表面的反射率与表面的粗糙度有关实际物体反射率：D为微平面法向的分布函数G为由于微平面的相互遮挡或屏蔽而使光产生的衰减因子反射率的计算微平面法向分布函数DTorrance和Sparrow采用Gauss分布函数模拟法向分布：k为常系数a为微平面的法向

3、与平均法向的夹角，即m为微平面斜率的均方根，表示表面的粗糙程度也可采用Berkmann分布函数模拟微平面的法向分布：微平面法向的分布函数D表示微平面的法向与平均法向的夹角为的微平面占整个微平面的比例；m越小,表面越光滑在简单光照明模型中，也可看作一种微平面法向分布函数衰减因子衰减因子是由于微平面的相互遮挡或屏蔽而产生的衰减因子G在局部光照明模型中也可以反映物体表面的粗糙程度微平面相互遮挡的光衰减因子G，有三种情况：光路没有遮挡，G＝1部分反射光被遮挡部分入射光被遮挡H是微平面的法向，N是物体表面法向实际的应用中，把上述三种情况衰减因子G的最小值作为该微平面的衰减因子局部光照明模型Cook和

4、Torrance于1981年提出表示物体对入射光的反射率系数反射光的光强单位时间内单位面积上的入射光能量入射光能量,可用入射光的光强和单位面积向光源所张的立体角表示为:于是有反射光光强：反射率系数可表示为漫反射率与镜面反射率的代数和漫反射与镜面反射系数物体表面的漫反射率物体表面的镜面反射率局部光照明模型表示物体表面反射光强表示环境光的影响最后一项是考虑了物体表面性质后的反射光强度量，是该局部光照明模型的复杂性与普遍性所在.简单与局部模型比较简单光照明模型(Phong)局部光照明模型局部模型的优点相对于简单光照明模型而言基于入射光能量导出的光辐射模型反映表面的粗糙度对反射光强的影响高光颜色与

5、材料的物理性质有关改进入射角很大时的失真现象考虑了物体材质的影响，可以模拟磨光的金属光泽4.4纹理及纹理映射解决计算机生成真实感图象缺乏现实物体表面细节的问题纹理的概述用简单光照明模型生成真实感图象，由于表面过于光滑单调，反而显得不真实现实物体表面有各种表面细节－纹理木材表面的木纹建筑物墙壁上的装饰图案桔子皮表面的皱纹示例纹理模型映射纹理纹理是物体表面的细小结构纹理类型颜色纹理，二维纹理，物体表面花纹、图案三维纹理，木材纹理几何纹理，基于物体表面的微观几何形状法向扰动纹理映射纹理映射是把纹理图象值映射到三维物体的表面的技术纹理映射的问题改变物体的属性，可以产生纹理的效果，对简单光照明模型而

6、言改变漫反射系数来改变物体的颜色改变物体表面的法向量纹理定义方法：图象纹理：将二维纹理图案映射到三维物体表面，绘制物体表面上一点时，采用相应的纹理图案中相应点的颜色值。函数纹理：用数学函数定义简单的二维纹理图案，如方格地毯。或用数学函数定义随机高度场，生成表面粗糙纹理即几何纹理进行纹理映射建立纹理与三维物体之间的对应关系扰动法向量原始模型二维纹理几何纹理综合三维纹理纹理空间纹理定义在单位正方形区域之上，称为纹理空间纹理函数是定义在此空间上的函数纹理空间也可用其他方法定义用参数曲面的参数域作为纹理空间2D用辅助平面、圆柱、球定义纹理空间2D用三维直角坐标作为纹理空间3D二维纹理域的映射纹理映

7、射中最常见的纹理一个二维纹理的函数表示纹理图象见Gems演示映射方法建立物体空间坐标(x，y，z)和纹理空间坐标(u，v)之间的对应关系对物体表面进行参数化，反求出物体表面的参数后，根据(u，v)得到该处的纹理值，并用此值取代光照明模型中的相应项，实现纹理映射圆柱面映射与球面映射圆柱面映射圆柱面的参数方程圆柱面上一点(x，y，z)的参数即纹理坐标球面映射球面参数方程球面上一点(x，y，z)的参数即纹理坐标三维纹理域的映射