消隐及真实感处理技术精.ppt

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1、消隐及真实感处理技术消隐及真实感处理技术第1页，本讲稿共27页线框图消隐图真实感图形第2页，本讲稿共27页消隐技术消隐技术线框图的二义性:第3页，本讲稿共27页物体空间的消隐算法物体空间的消隐算法:物体空间是指物体所在的空间。这类算法是将物体表面的k个多边形中的每个面与其余k-1个面进行比较，精确地求出物体上每个棱边或每个面的遮挡关系。算法的计算量正比于k2。图象空间的消隐算法图象空间的消隐算法：图象空间是相对于物体空间的，在消隐算法中，图象空间就是屏幕坐标空间。这类算法对屏幕上的每个象素进行判断，以决定物体上哪个多边形在该象素 点上是可见的。若屏幕上有m*n个象素点，物体表面上有k个多边形，

2、则该类消隐算法计算量正比于m*n*k。消隐算法消隐算法第4页，本讲稿共27页深度缓存算法深度缓存算法是一种典型的、也是最简单的图象空间消隐算法。YXOZjip1p2屏幕屏幕物体物体R第5页，本讲稿共27页1、ZB为深度缓存，FB为帧缓存，初始化ZB和FB，使得ZB(i,j)=机器最大值，FB(i,j)背景颜色。其中，i=1,2,m.j=1,2,n.2、FOR j=1,n /第j根扫描线。FOR i=1,m /第j根扫描线上第i个像素。FOR k=1,N /第k个多边形Pk2.1 令Zij=机器最大值2.2 判断点（i,j)是否在多边形Pk在XOY面上的投影多 边形内；2.2 若点(i,j)在P

3、k的投影多边形内，则计算多边形Pk 在点(i,j)处的深度值Zij；2.3比较Zij与ZB(i,j)的大小，若Zij ZB(i,j)，则令 ZB(i,j)=Zij;FB(i,j)=多边形Pk的颜色。第6页，本讲稿共27页优点：优点：1、算法简单，在X、Y和Z方向上没有进行任何排序，和任何相关性计算。2、便于硬件实现。现在一般高档图形工作站上，除了帧缓存外，还带有用于消隐的深度缓存，从而克服了深度缓存算法占用大量存储单元的缺点。3、便于并行处理，进一步提高算法的速度。第7页，本讲稿共27页是介于物体空间消隐和图象空间消隐的一种方法，在物空间中计算物体上各面可见性的优先级，然后在像空间中产生消隐图

4、。计算物体上各面的可见性的优先级，是按多边形离视点的远近来进行排序，建立一张优先级表。距离视点近的优先级高，远的优先级低。生成图象时，优先级低的多边形先画，优先级高的多边形后画。画家算法（深度排序算法）画家算法（深度排序算法）第8页，本讲稿共27页uu上图给出另外几个更复杂的情况，无法直接建立正确的深度优先表。解决方法是沿多边形所在平面间的交线循环分割这些多边形，至最后可完全确定其优先级表。见虚线所示。uu下图给出的4种情况均可直接按优先级表的顺序处理，不必做特殊处理，显示结果符合实际情况。z zx xz zx xP PQ QP PQ Qz zx xP PQ Qz zx xP PQ Q第9页，

5、本讲稿共27页真实感图形生成技术真实感图形生成技术随着计算机技术与图形学的发展以及光栅显示器的出现，加随着计算机技术与图形学的发展以及光栅显示器的出现，加上包括存储器在内的各种计算机硬件的性能提高，使得需要上包括存储器在内的各种计算机硬件的性能提高，使得需要高速计算花大存储量的真实感图形生成成为可能。真实感图高速计算花大存储量的真实感图形生成成为可能。真实感图形生成技术需要解决如下技术：形生成技术需要解决如下技术：着色着色光照光照纹理纹理透明透明第10页，本讲稿共27页第11页，本讲稿共27页第12页，本讲稿共27页第13页，本讲稿共27页第14页，本讲稿共27页第15页，本讲稿共27页良良好

6、好的的真真实实感感图图形形显显示示应应该该具具备备以以下特点：下特点：能能反反映映物物体体表表面面颜颜色色和和亮亮度的细微变化；度的细微变化；能表现物体表面的质感；能表现物体表面的质感；能能表表现现光光照照下下的的物物体体阴阴影影，极极大大地地改改善善场场景景的的深深度度感感和和层层次次感感，充充分分体体现现物物体体间间的的相互遮挡关系；相互遮挡关系；能能模模拟拟透透明明物物体体的的透透明明效效果果和镜面物体的镜像效果。和镜面物体的镜像效果。第16页，本讲稿共27页决定一个物体的外观的因素主要有以下几个方面：决定一个物体的外观的因素主要有以下几个方面：1、首先是物体、首先是物体本身本身的几何的

7、几何形状形状；2、其次是物体的、其次是物体的表面特性表面特性；包括材料的粗糙度、感光度、表面颜；包括材料的粗糙度、感光度、表面颜色和纹理等。色和纹理等。3、照射物体的、照射物体的光源光源性质。从光源发出的光有亮有暗、有不同性质。从光源发出的光有亮有暗、有不同的颜色，我们可以用光的波长和光的强度来描述。光源还有点的颜色，我们可以用光的波长和光的强度来描述。光源还有点光源、线光源、面光源和体光源之分。光源、线光源、面光源和体光源之分。4、物体与光源的、物体与光源的相对位置相对位置。相对位置决定了物体反射光线的情况，。相对位置决定了物体反射光线的情况，决定了高光区，背光区等在物体上的位置。决定了高光

8、区，背光区等在物体上的位置。5、最后是物体周围的、最后是物体周围的环境环境。它们通过对光的反射和折射，形。它们通过对光的反射和折射，形成环境光，在物体表面上产生一定的照度。成环境光，在物体表面上产生一定的照度。第17页，本讲稿共27页简单光反射模型简单光反射模型用简单光反射模型模拟光，照射到物体表面时，产生了光的反射。反射光主要由漫反射光、环境光和镜面光三部分组成。漫漫反反射射模模型型可可以以用用LambertLambert余余弦弦定定理理描描述述，如如图图所所示示，设设物物体体表表面面在在P P点点的的法法向向N N，从从P P点点指指向向光光源源的的向向量量为为L L，两两者者的的夹夹角角

9、为为。于于是，点是，点P P处的漫反射光的强度为：处的漫反射光的强度为：I Id d=I=Ip p K Kd d coscos,0,02 2这这里里，I Ip p为为入入射射光光的的强强度度，即即点点光光源源的的光光强强；K Kd d为为漫漫反反射射系系数数，是是0 01 1之之间间的的一一个个常常数数，取取决决于于物物体体的的材材料料属属性性和和入入射射光光的的波波长长；为光线入射角。为光线入射角。NL第18页，本讲稿共27页环环境境光光是是光光在在物物体体和和周周围围环环境境之之间间多多次次反反射射的的结结果果，它它不不是是直直接接来来自自光光源源，而而是是来来自自周周围围的的环环境境对对

10、光光的的反反射射。环环境境光光的的特特点点是是：照照射射在在物物体体上上的的光光来来自自周周围围各各个个方方向向，又又均均匀匀地地向向各各个个方方向向反反射射。设设IaIa为环境光的强度，于是，为环境光的强度，于是，P P点对环境光的反射强度为点对环境光的反射强度为Ie=IaIe=Ia KaKaP第19页，本讲稿共27页镜面反射光镜面反射光镜镜面面反反射射的的特特点点：光光源源来来自自一一个个方方向向，反反射射光光集集中中在在反反射射方方向向。如如图图镜面反射模型又称镜面反射模型又称PhongPhong模型，可以表示为：模型，可以表示为：Is=IpIs=Ip K Ks s coscosn n

11、其其中中，IsIs为为镜镜面面反反射射光光在在观观察察方方向向上上的的光光强强，IpIp为为点点光光源源的的强强度度，KsKs为为镜镜面面反反射射系系数数，为为视视点点方方向向V V与与镜镜面面反反射射方方向向R R之之间间的的夹夹角角，n n是是与与物物体体表表面面光光滑滑有有关关的的一一个个常常数数，一一般般取取为为1 120002000，表表面面越越光光滑滑，n n越越大。大。NLRV综综综综上上上上所所所所述述述述，从从从从视视视视点点点点观观观观察察察察到到到到物物物物体体体体上上上上任任任任一一一一点点点点P P P P处处处处的的的的颜颜颜颜色色色色和和和和亮亮亮亮度度度度I I

12、 I I应应应应为为为为漫漫漫漫反反反反射射射射光光光光强强强强IdIdIdId，环环环环境境境境光光光光反反反反射射射射光光光光强强强强IeIeIeIe及及及及镜镜镜镜面面面面反反反反射射射射光光光光强强强强IsIsIsIs的的的的总总总总和和和和，即即即即I I I IId+Ie+IsId+Ie+IsId+Ie+IsId+Ie+Is第20页，本讲稿共27页多边形的明暗处理：多边形的明暗处理：Gouraud明暗处理明暗处理I1(x1,y1)I4(x4,y4)I2(x2,y2)I3(x3,y3)Ia(xa,ys)Ib(xb,ys)Is改写为增量形式。当ys由j变为j+1时对多边形顶点的光亮度作

13、双线性插值对多边形顶点的光亮度作双线性插值第21页，本讲稿共27页其中：xs由i增加为i+1时I1(x1,y1)I4(x4,y4)I3(x3,y3)Ia(xa,ys)Ib(xb,ys)Is第22页，本讲稿共27页1、计算多边形法向；2、计算顶点的法向；3、计算顶点的亮度；4、插值计算中间点的亮度；1、仍然用双线性插值，用增量式，减少计算量。2、对顶点法向量进行插值，而不是对亮度插值。3、对每个象素，由插值得到法向量计算各自的亮度。4、仍然假定光源和视点都在无穷远。每点的亮度仅是该点的法向量的函数。I1(x1,y1)I4(x4,y4)I3(x3,y3)Ia(xa,ys)Ib(xb,ys)Is多边

14、形的明暗处理：多边形的明暗处理：Phone明暗处理明暗处理对多边形顶点的法向量作双线性插值对多边形顶点的法向量作双线性插值第23页，本讲稿共27页改写为增量形式。当ys由j变为j+1时N1(x1,y1)N4(x4,y4)N2(x2,y2)N3(x3,y3)Na(xa,ys)Nb(xb,ys)Is第24页，本讲稿共27页其中：xs由i增加为i+1时GourandGourand明暗法与明暗法与明暗法与明暗法与PhonePhone方法方法方法方法的最主要的区别是的最主要的区别是的最主要的区别是的最主要的区别是:Gourand方法是对亮度插方法是对亮度插值，值，Phone方法是对顶点法方法是对顶点法方法是对顶点法方法是对顶点法向量插值。向量插值。向量插值。向量插值。第25页，本讲稿共27页光线跟踪算法光线跟踪算法光线跟踪算法采用整体和局部光照模型，模拟光的反射和透射，表面镜面物体的镜面映象、透明体的透明效果，以及物体的阴影。视点和光源可以在无穷远也可以在空间的任意位置。可以处理多个光源。第26页，本讲稿共27页动画简介动画简介1.脚本及动画设计2.关键帧设计3.中间帧生成4.描线上色5.检查拍摄6.后期制作第27页，本讲稿共27页