CG12真实感显示.ppt

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1、光照模型与真实感显示用计算机生成具有真实感的三维形体图形是计算机图形学研究的重要内容之一。它综合利用了光学、数学、计算机科学等学科的知识。近年来，真实感图形绘制技术在各个领域都得到了广泛的应用，它可用来逼真地模拟很多自然景物以及宏观和微观世界的许多看不到的现象，虚拟现实的研究又进一步推动了真实感图形的研究。一、简单光反射模型1，基本光学原理照亮物体的光源有两种基本类型：（1）发光光源：这种光源能直接产生光。如太阳、各种灯具等。（2）反射光源：这种光源本身不能发光，而是由于反射其它光源照射过来的光，并以此来照亮其他物体。一个发光物体可能既是发光光源又是反射光源。从光源与物体的距离和与物体形体大小

2、的比较光源也可以分成两类：（1）点光源：点光源是指光源的大小相对于被照亮物体的体量相比很小时的光光源。（2）分布式光源：当光源离物体充分远时，或光源的体量与被照亮物体的相当时的光源。从光源对物体的作用效果看，可分三类：（1）环境光（背景光）：背景光是由光线经过许多次和多重反射形成的，即在整修室内形成了亮度均匀的背景光。（2）漫射光：漫射是物体向各个方向反射，即从所有观察方向来看都出现亮度相等的光。（3）高光：当一个物体被某一光源照亮时，我们总是能观察到被照物体的某一部分比物体的其它部分亮，这就是高光。高光与光源对物体的相对角度，物体的表面性质及观察角度都有很大关系。产生高光的反射我们称镜面反射

3、。（4）透射光：当光照射到物体某一表面时，可能发生反射、吸收或透射等，反射和透射是我们能看见物体或物体透明的原因。如果光既未被物体反身也未被物体吸收，而是贯穿物体。我们称为透射。贯穿物体的光我们称为透射光。、物体的透射性质和入射光的性质、角度、物体的性质、物体的形状都有很大关系。二、增量式光反射模型当利用简单光反射模型对曲面组成的复杂物体时，由于我们常常用多面体来逼近曲面物体时。反射光将在两个相邻多边形间产生突变。在观感上就会出现折痕。为了解决这种问题，采用双线性光强插值法：（1）计算可见各多边形平面的单位外法矢。（2）求可见各顶点处的平均法向量。（3）计算每个顶点的光强。（4）在多边形表面上

4、将顶点光强进行线性插值，求出多边形表面上每一点处的光强度。双线性法向插值法双线性法向插值法比双线性光强插值法更加精确。这种方法是先对多边形上各点的法向量进行插值，然后再对多边形内扫描线上各像素的法向插值。三、简单光透射模型局部光反射模型不考虑周围景物对当前景物表面的光照影响，忽略了光能在环境景物间的传递，为了增加图形的真实感，必须考虑环境光漫反射、镜面反射和透射对景物表面之间的彩色渗透现象。通常，一个透明物体的表面会同时产生反射光和折射光，后者决定于表面的透明程度，这样我们就可以观察到位于光亮的景物表面上的其他景物或透明体后的影像。1，透明效果的简单模拟在一透明物体的表面，可能同时发生漫折射和

5、镜面折射，对于半透明物体，如磨砂玻璃，折射效果明显，经过这些半透明物体的光线波发散开来，从而使得背景物体的影像模糊。在图形显示处理中，不发生模糊的透明现象容易模拟，此时忽略了光线在透明体表面的折射和光能通过透明体时发生的漫反射。四、光线跟踪显示技术前面介绍的双线性光强插值法和双线性法向插值法虽然可以产生物体的真实感图形，但是由于它们是基于插值的，所以不能用来表示物体表面的细节也不易模拟光的折射、反射和阴影等。为了生成更真实的图象，正确显示反射、折射、阴影和表面纹理细节等，就必须借助于更准确的图形绘制方法。80年代出现的光线跟踪方法，光线跟踪方法是基于几何光学的原理，通过模拟光的传播路径来确定反射、折射和阴影等。由于每个象互都单独计算，故能更好地表现曲面细节。