计算机图形学第五章真实感图形.ppt

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1、计算机图形学第五章真实感图形2007.10.111现在学习的是第1页，共30页主要内容l引言l光照明模型l多边形物体的明暗处理l光线跟踪算法l纹理映射l辐射度方法l实时绘制技术l非真实感图形绘制技术2现在学习的是第2页，共30页引言l目标：让计算机生成如同照片般真实的图像l生成真实感图形的步骤l建立几何模型，确定景物表面的光照属性l进行取景变换，将物体投影到二维平面上l采用消隐算法剔除当前视点处不可见的场景表面l根据光照明模型，计算在可见场景表面的光亮度3现在学习的是第3页，共30页光照明模型l影响物体表面光照明效果的因素l光源l观察点位置l物体表面局部几何形状l表面朝向l材料属性l光照明模型

2、考虑物体表面上每一个点所代表的微小面元受到来自光源或周围环境光线的照射而产生的反射或透射光亮度4现在学习的是第4页，共30页光照明模型l最常用的四类光照明模型l泛光模型lLambert漫反射模型lPhong镜面反射模型lWhitted整体光照明 模型5现在学习的是第5页，共30页泛光模型l最简单的光照明模型l试图刻画周围环境反射光对物体表面照明贡献6现在学习的是第6页，共30页泛光模型l假定环境反射光沿任何方向对任何物体表面入射的光亮度都相等，采用常量近似Ienv:物体表面对泛光的反射光亮度Ia:泛射光的入射光亮度Ka:物体表面对泛光的反射率7现在学习的是第7页，共30页泛光模型泛光模型的光照

3、明效果（Utah Teapot）8现在学习的是第8页，共30页l直接光源对物体表面的照射有方向性l物体表面的反射光分为：l漫反射光l镜面反射光l纯漫射表面只产生漫反射l示例：地面、树木Lambert漫反射模型9现在学习的是第9页，共30页Lambert漫反射模型l漫反射光是物体表面对入射光线朝各个方向的均匀反射l大小只与入射光的光亮度和入射方向有关l与漫反射光的反射方向无关均匀反射的光线均匀反射的光线10现在学习的是第10页，共30页Lambert漫反射模型l漫反射光亮度和光源入射角（入射光线和表面法向量的夹角）的余弦成正比Id:表面漫反射光的光亮度Kd:物体表面漫反射率Ie:发自光源的入射光

4、的光亮度:光源入射角11现在学习的是第11页，共30页Lambert漫反射模型lcos的计算l快速计算平方根（光盘附带源程序）l的变化对Id的影响12现在学习的是第12页，共30页Lambert漫反射模型lLambert光照模型I:景物表面的反射光亮度Ia:环境泛光入射光亮度，一般取值范围为0.02Ie0.2Ie13现在学习的是第13页，共30页Lambert漫反射模型Lambert模型的光照明效果（Utah Teapot）14现在学习的是第14页，共30页Phong模型l镜面高光示例15现在学习的是第15页，共30页Phong模型l镜面反射光l一种朝向一定方向的反射光，它遵从光的反射定律16

5、现在学习的是第16页，共30页Phong模型lPhong采用余弦函数的幂次来模拟镜面反射光Is:物体表面镜面反射光亮度Ie:发自光源的入射光的光亮度:镜面反射方向和视线方向的夹角ks:表面的镜面反射率n:镜面反射光的会聚指数，又称“高光”指数17现在学习的是第17页，共30页Phong模型l镜面反射方向的计算18现在学习的是第18页，共30页Phong模型l虚拟镜面法向H19现在学习的是第19页，共30页Phong模型lPhong模型l综合了漫反射、镜面反射及泛光反射分量20现在学习的是第20页，共30页Phong模型lPhong模型l多光源l矢量积形式21现在学习的是第21页，共30页Pho

6、ng模型Phong模型的光照明效果（Utah Teapot）22现在学习的是第22页，共30页Whitted整体光照明模型l局部光照明模型的局限l仅考虑从光源直接发出的光线对物体表面光亮度的贡献l没有考虑光线在物体之间的相互反射和透射lWhitted模型：整体光照明模型l可模拟现实世界中 景物表面之间的 镜面反射和透射 现象23现在学习的是第23页，共30页Whitted整体光照明模型l假设从某一观察方向V所观察到的物体表面某点P的光亮度的贡献来自于三个方面：l由光源直接照射引起的反射光亮度Icl镜面反射光l规则透射光24现在学习的是第24页，共30页Whitted整体光照明模型镜面反射和规则

7、透射示例照片：注意观察树枝在水面的倒影及在水中的折射效果25现在学习的是第25页，共30页Whitted整体光照明模型lWhitted整体光照明模型Ic：由光源直接照射在表面上引起的反射光亮度Is：沿V的镜面反射方向r入射到表面上的环境光在表面上产生的 镜面反射光It：沿V的规则透射方向t入射到表面上的环境光通过透射在表面 上产生的规则透射光ks：表面的镜面反射率kt：表面的透射率 26现在学习的是第26页，共30页Whitted整体光照明模型lWhitted模型的求解光线跟踪！Whitted T,An improved illumination model for shaded displa

8、y,Communications of the ACM,1980,23(6):343-349.27现在学习的是第27页，共30页5.2 多边形物体的明暗处理（Shading）l在计算机图形学中，场景中的许多物体都采用多边形表示l三类常用的明暗处理（Shading）方式lFlat ShadinglGouraud ShadinglPhong Shading28现在学习的是第28页，共30页Flat Shadingl方法l依据局部光照明模型按每一个多边形的法向计算出一个颜色值Cl将C赋给该多边形在屏幕上的投影所覆盖的全体像素l优缺点l处理简单，计算量小l景物表面上相邻的多边形之间颜色差异较大，存在马赫带效应l示例29现在学习的是第29页，共30页Gouraud Shadingl方法l为多边形物体的每一个顶点赋一个法向量l利用局部光照明模型计算每一顶点处的光亮度l多边形内部各点处的光亮度值通过对多边形顶点处的光亮度的双线性插值得到30现在学习的是第30页，共30页