计算机图形学第8章真实感图形绘制.ppt

第8章 真实感图形绘制 简单光照明模型 多边形绘制方法光照模型(Illumination Model):计算某一点的光强度的模型真实感图形的特点 能反映物体表面颜色和亮度的细微变化 能表现物体表面的质感 能通过光照下的物体阴影，极大地改善场景的深度感和层次感，充分体现物体间的相互遮挡关系 能模拟透明物体的透明效果和镜面物体的镜面效果影响观察者看到的表面颜色的因素物体的几何形状光源 位置、距离、颜色、数量、强度、种类环境 遮挡关系、光的反射与折射、阴影视点位置物性 材料、颜色、透明度 折射性表面光洁度光源几何性质点光源线光源面光源光谱组成白色光：等能量的各种波长可见光的组合彩色光单色光真实感图形学早期发展 1967年，Wylie 等人第一次在显示物体时加进光照效果，认为光强与距离成反比。1970年，Bouknight 提出第一个光反射模型：Lambert 漫反射环境光 1971年，Gouraud 提出漫反射模型加插值的思想 1975年，Phong 提出图形学中第一个有影响的光照明模型相关物理知识 光的传播 反射定律：入射角等于反射角，而且反射光线、入射光线与法向量在同一平面上折射定律 折射定律：折射线在入射线与法线构成的平面上，折射角与入射角满足能量关系在光的反射和折射现象中的能量分布：下标为i,d,s,t,v 的能量项分别表示为入射光强，漫反射光强，镜面反射光强，透射光强，吸收光强能量是守恒的简单光照明模型模拟物体表面的光照明物理现象的数学模型光照明模型简单光照明模型亦称局部光照明模型，其假定物体是不透明的，只考虑光源的直接照射，而将光在物体之间的传播效果笼统地模拟为环境光。可以处理物体之间光照的相互作用的模型称为整体光照明模型简单光照明模型光照射到物体表面，主要发生：反射透射（对透明物体）部分被吸收成热能反射光，透射光决定了物体所呈现的颜色简单光照明模型-环境光假定物体是不透明的（即无透射光）环境光：在空间中近似均匀分布，即在任何位置、任何方向上强度一样,记为Ia 环境光反射系数Ka：在分布均匀的环境光照射下，不同物体表面所呈现的亮度未必相同，因为它们的环境光反射系数不同。光照明方程（仅含环境光）：Ie=KaIaIe 为物体表面所呈现的亮度。简单光照明模型-环境光例子 具有不同环境光反射系数的两个球简单光照明模型-环境光 缺点：虽然不同的物体具有不同的亮度，但是同一物体的表面的亮度是一个恒定的值，没有明暗的自然过度。简单光照明模型 考虑引入点光源。点光源：几何形状为一个点，位于空间中的某个位置，向周围所有的方向上辐射等强度的光。记其亮度为Ip 点光源的照射：在物体的不同部分其亮度也不同，亮度的大小依赖于物体的朝向及它与点光源之间的距离.简单光照明模型：-漫反射漫反射角度余弦的推导 漫反射 粗糙、无光泽物体（如粉笔）表面对光的反射 光照明方程 漫反射的亮度 点光源的亮度 漫反射系数 入射角漫反射光的强度只与入射角有关简单光照明模型-漫反射 将环境光与漫反射结合起来一般取Ia=(0.020.2)Id 例子简单光照明模型-漫反射缺点：对于许多物体，使用上式计算其反射光是可行的，但对于大多数的物体，如擦亮的金属、光滑的塑料等是不适用的，原因是这些物体还会产生镜面反射。简单光照明模型-镜面反射 镜面反射 光滑物体（如金属或塑料）表面对光的反射 高光 入射光在光滑物体表面形成的特别亮的区域简单光照明模型-镜面反射 理想镜面反射 观察者只能在反射方向上才能看到反射光，偏离了该方向则看不到任何光。