真實(shí)感圖形繪制.ppt

2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,1,第10章 真實(shí)感圖形繪制,提出問(wèn)題,真實(shí)感圖形繪制： 通過(guò)綜合利用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)以及心理學(xué)等知識(shí)在計(jì)算機(jī)圖形輸出設(shè)備上繪制出能夠以假亂真的美麗景象。,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,2,第10章 真實(shí)感圖形繪制,用計(jì)算機(jī)生成三維場(chǎng)景的真實(shí)圖形，需完成步驟： (1)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行場(chǎng)景造型； (2)進(jìn)行取景變換和透視變換； (3)進(jìn)行消隱處理； (4)進(jìn)行真實(shí)感圖形繪制,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,3,真實(shí)感圖形繪制 即根據(jù)假定的光照條件和景物外觀因素，依據(jù)一定的光照模型，計(jì)算可見(jiàn)面投射到觀察者眼中的光強(qiáng)度大小，并將它轉(zhuǎn)換成適合圖形設(shè)備的顏色值，生成投影畫(huà)面上每一個(gè)象素的光強(qiáng)度，使觀察者產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,4,基本概念： 光強(qiáng)（度）：描述物體表面朝某方向輻射光的顏色，它既能表示光能大小又能表示其色彩組成的物理量。 光照模型（Illumination model），也稱明暗模型，主要用于物體表面某點(diǎn)處的光強(qiáng)度計(jì)算。 簡(jiǎn)單的光照模型 復(fù)雜的光照明模型,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,5,10.1 簡(jiǎn)單光照模型,簡(jiǎn)單光照模型中只考慮反射光的作用 反射光由環(huán)境光、漫反射光和鏡面反射光三部分組成,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,6,10.1.1 環(huán)境光,P點(diǎn)對(duì)環(huán)境光的反射強(qiáng)度為,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,7,10.1.2 漫反射光,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,8,由Lambert余弦定理可得點(diǎn)P處漫反射光的強(qiáng)度為：,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,9,若L和N都已規(guī)格化為單位矢量，則：,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,10,彩色：,有多個(gè)點(diǎn)光源：,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,11,10.1.3 鏡面反射光,鏡面反射情況由Phong模型給出：,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,12,若R和V已規(guī)格化為單位矢量，則：,從視點(diǎn)觀察到物體上任一點(diǎn)P處的光強(qiáng)度I應(yīng)為環(huán)境光反射光強(qiáng)度Ie、漫反射光強(qiáng)度Id以及鏡面反射光的光強(qiáng)度Is的總和：,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,13,10.1.4 光強(qiáng)衰減,一個(gè)常用的二次衰減函數(shù)可以表示為：,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,14,10.1.5 顏色,為產(chǎn)生彩色的場(chǎng)景，要完成如下兩步： 一是選擇一個(gè)合適的顏色模型； 二是為顏色的三個(gè)分量分別建立光照模型。,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,15,10.2 基于簡(jiǎn)單光照模型的多邊形繪制,10.2.1 恒定光強(qiáng)的多邊形繪制 只用一種顏色繪制整個(gè)多邊形：任取多邊形上一點(diǎn)，利用簡(jiǎn)單光照模型計(jì)算出它的顏色，該顏色即是多邊形的顏色。,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,16,10.2.2 Gouraud明暗處理,Gouraud明暗處理方法，又稱為亮度插值明暗處理，它通過(guò)對(duì)多邊形頂點(diǎn)顏色進(jìn)行線性插值來(lái)繪制其內(nèi)部各點(diǎn)。 用Gouraud明暗處理來(lái)進(jìn)行多邊形繪制時(shí)需進(jìn)行三個(gè)步驟： 1. 計(jì)算每個(gè)多邊形頂點(diǎn)處的平均單位法矢量 2. 對(duì)每個(gè)頂點(diǎn)根據(jù)簡(jiǎn)單光照模型來(lái)計(jì)算其光強(qiáng)。 3. 在多邊形表面上將頂點(diǎn)強(qiáng)度進(jìn)行線性插值。,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,17,10.2.3 Phong明暗處理,Phong明暗處理方法由PhongBuiTuong提出，又稱為法矢量插值明暗處理，它對(duì)多邊形頂點(diǎn)的法矢量進(jìn)行插值以產(chǎn)生中間各點(diǎn)的法矢量。 Phong明暗處理的基本步驟是： 1. 計(jì)算每個(gè)多邊形頂點(diǎn)處的平均單位法矢量。 2. 用雙線性插值方法求得多邊形內(nèi)部各點(diǎn)的法矢量。 3. 最后按光照模型確定多邊形內(nèi)部各點(diǎn)的光強(qiáng)。,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,18,10.3 透明處理,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,19,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,20,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,21,10.4 產(chǎn)生陰影,從理論上來(lái)說(shuō)，從視點(diǎn)以及從光源看過(guò)去都是可見(jiàn)的面不會(huì)落在陰影中，只有那些從視點(diǎn)看過(guò)去是可見(jiàn)的，而從光源看過(guò)去是不可見(jiàn)的面，肯定落在陰影之內(nèi)。,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,22,10.5 模擬景物表面細(xì)節(jié),顏色紋理：通過(guò)顏色色彩或明暗度的變化體現(xiàn)出來(lái)的表面細(xì)節(jié)。 幾何紋理：由于不規(guī)則的細(xì)小凹凸造成的。 顏色紋理取決于物體表面的光學(xué)屬性，而幾何紋理由物體表面的微觀幾何形狀決定。,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,23,10.5.1 用多邊形模擬表面細(xì)節(jié),簡(jiǎn)單地模擬景物表面細(xì)節(jié)的方法是用多邊形，稱為表面圖案多邊形，來(lái)模擬紋理的結(jié)構(gòu)和模式。,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,24,10.5.2 紋理的定義和映射,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,25,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,26,10.5.3 凹凸映射,1978年，Blinn提出了一種無(wú)需修改表面幾何模型，即能模擬表面凹凸不平效果的有效方法凹凸映射技術(shù)(Bump Mapping)。,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,27,10.6 整體光照模型與光線跟蹤,10.6.1 整體光照模型 能同時(shí)模擬光源和環(huán)境照明效果的光照模型稱為整體光照模型。整體光照模型的典型代表是Whitted模型及輻射度模型。,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,28,10.6.2 Whitted光照模型,Whitted光照模型：,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,29,10.6.2 光線跟蹤算法,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,30,2019/7/20,華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 陸楓 99-7,31,10.6.3 光線跟蹤反走樣,將光線跟蹤算法與過(guò)采樣方式結(jié)合起來(lái)，可歸納如下： 1. 對(duì)每一象素的角點(diǎn)計(jì)算光