《真實(shí)感圖形處理》教學(xué)課件

第9章真實(shí)感圖形處理圖形的真實(shí)感處理主要指場景隱藏線／面的消除、物體外表的明暗效果及其外表的色彩、紋理處理。1第9章真實(shí)感圖形處理圖形的真實(shí)感處理主要9.1簡單光照模型9.2多邊形明暗處理9.3物體外表細(xì)節(jié)模擬9.6整體光照模型9.4陰影9.5透明29.1簡單光照模型9.2多邊形明暗處理9.3物體9.1簡單光照模型〔局部〕光的反射、透射與轉(zhuǎn)化反射、透射、吸收39.1簡單光照模型〔局部〕光的反射、透射與轉(zhuǎn)化反射、透射環(huán)境光光亮度是對(duì)光線復(fù)雜傳播現(xiàn)象的抽象描述。在空中的任何位置、任何方向強(qiáng)度相等。環(huán)境光光亮度:Ie=KaIaIa入射的環(huán)境光亮度，Ka物體外表對(duì)環(huán)境光的反射系數(shù)(0~1)。4環(huán)境光光亮度是對(duì)光線復(fù)雜傳播現(xiàn)象的抽象描述。例如5例如5點(diǎn)光源

向周圍輻射等強(qiáng)度的光6點(diǎn)光源6漫反射光光亮度光源在景物外表的反射光中向空間各方向均勻反射出去的光。粗糙、無光澤物體〔如粉筆〕外表對(duì)光的反射。7漫反射光光亮度7漫反射光照明方程Ip-----點(diǎn)光源的入射光亮度Kd----物體外表漫反射系數(shù)(0~1)------入射角要計(jì)算物體外表的法矢8漫反射光照明方程Ip-----點(diǎn)光源的入射光亮度要計(jì)算物體將環(huán)境光與漫反射結(jié)合起來例子9將環(huán)境光與漫反射結(jié)合起來例子9鏡面反射光滑物體〔如金屬或塑料〕外表對(duì)光的反射.高光入射光在光滑物體外表形成的特別亮的區(qū)域。10鏡面反射光滑物體〔如金屬或塑料〕外表對(duì)光的反射.高光入射光理想鏡面反射11理想鏡面反射11非理想鏡面反射12非理想鏡面反射12鏡面反射光照明方程n----鏡面反射的會(huì)聚指數(shù)V·R)n13鏡面反射光照明方程n----鏡面反射的會(huì)聚指數(shù)V·R)n將環(huán)境光、漫反射與鏡面反射結(jié)合起來Phong光照模型14將環(huán)境光、漫反射與鏡面反射結(jié)合起來Phong光照模型14光的衰減光在光源到物體外表過程中的衰減。衰減函數(shù)：c0、c1、c2為用戶獲得場景中不同光照效果而供調(diào)整的系數(shù)。15光的衰減光在光源到物體外表過程中的衰減。衰減函數(shù)：c0、cPhong光照模型：16Phong光照模型：16產(chǎn)生彩色選擇適宜的顏色模型----RGB模型為顏色模型中的每一種基色建立光照明方程：17產(chǎn)生彩色選擇適宜的顏色模型----RGB模型為顏色模型中的系數(shù)分解根本色彩、亮度分別控制；環(huán)境光與漫反射光的根本色彩統(tǒng)一。18系數(shù)分解根本色彩、亮度分別控制；18統(tǒng)一表示為：=(r,g,b)新的光照明方程:19統(tǒng)一表示為：=(r,g,b)新的光照明方程:19采用多個(gè)光源的光照明方程20采用多個(gè)光源的光照明方程20例子21例子21一、常數(shù)明暗處理模型(均勻著色方法)9.2多邊形明暗處理任取多邊形上一點(diǎn)，利用光照明方程計(jì)算出它的顏色；用這個(gè)顏色填充整個(gè)多邊形。

適合情況光源在無窮遠(yuǎn)處視點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處多邊形是物體外表的準(zhǔn)確表示22一、常數(shù)明暗處理模型(均勻著色方法)9.2多邊形明暗優(yōu)點(diǎn)每個(gè)多邊形只需計(jì)算一次光照明方程，速度快

缺點(diǎn)

相鄰多邊形顏色過渡不光滑

例子23優(yōu)點(diǎn)每個(gè)多邊形只需計(jì)算一次光照明方程，速度快缺點(diǎn)相鄰多處理多邊形集合或多面體時(shí)，常數(shù)明暗處理模型對(duì)每個(gè)多邊形只計(jì)算一個(gè)光照強(qiáng)度值，然后用此值作為整個(gè)多邊形平面的明暗值賦給多邊形的每個(gè)象素，使多邊形的每個(gè)點(diǎn)都具有一樣的明暗度，這種方法稱為常數(shù)明暗法或平面明暗法(Flat)。

如果使用多邊形來作為曲面的近似時(shí)，常數(shù)明暗處理就很難得出滿意的光滑圖形。當(dāng)把曲面離散成許多小的平面多邊形時(shí)，假設(shè)離散度較粗，在光照的外表上使用常數(shù)明暗處理后，兩個(gè)相鄰的多邊形會(huì)顯出凸起或凹陷的折痕，在連接處就顯得比周圍處亮或暗，這就是所謂的馬赫帶效應(yīng)。24處理多邊形集合或多面體時(shí)，常數(shù)明暗處理模型對(duì)每個(gè)多邊光滑著色----插值

Gourand明暗處理模型(顏色插值))

Phong明暗處理模型(法矢量插值)25光滑著色----插值Gourand明暗處理模型(顏色插值

Gourand在1971年提出了光強(qiáng)度插值明暗算法。該算法較好地消除了用常數(shù)明暗法處理光強(qiáng)度的不連續(xù)性，但是在明暗強(qiáng)度函數(shù)的斜率急劇變化處仍可看到馬赫帶效應(yīng)。即Gourand明暗算法不能完全消除光強(qiáng)度的不連續(xù)性。Gourand明暗算法的根本思想是在各多邊形的公共頂點(diǎn)處，用前面得到的光照較準(zhǔn)確地計(jì)算各頂點(diǎn)的反射光的明暗度。而對(duì)于各多邊形內(nèi)部各點(diǎn)的明暗度，那么使用線性插值法計(jì)算各點(diǎn)的明暗度。Gourand明暗處理模型(顏色插值)26

Gourand在1971年提出了光強(qiáng)度插值明Gourand明暗處理算法簡單，一般可以得到較滿意的光滑外表。它的缺點(diǎn)是除了馬赫帶效應(yīng)外，在用周圍多邊形法線來計(jì)算共有頂點(diǎn)的法線時(shí)，如果得到相鄰頂點(diǎn)的法線平行，采用線性插值法計(jì)算出平面上各點(diǎn)的明暗值時(shí)會(huì)得到各平面上的明暗值一樣，圖形會(huì)出現(xiàn)一塊光亮的平坦區(qū)域。27Gourand明暗處理算法簡單，一般可以得到較Gourand著色方法

顏色插值著色方法步驟

1、計(jì)算多邊形的

單位法矢量

2、計(jì)算多邊形頂點(diǎn) 的單位法矢量

28Gourand著色方法顏色插值著色方法步驟 1、計(jì)算3、利用光照明方程 計(jì)算頂點(diǎn)顏色4、對(duì)多邊形頂點(diǎn)顏色進(jìn)展雙線性插值，獲得多邊形內(nèi)部各點(diǎn)的顏色293、利用光照明方程29Phong明暗算法又稱為法線矢量明暗算法。該方法是將多邊形頂點(diǎn)處的法線矢量進(jìn)展線性插值計(jì)算以得到多邊形內(nèi)各點(diǎn)的法線，然后用此插值計(jì)算各點(diǎn)的光照明暗度，因而Phong明暗算法的計(jì)算量要大于Gourand明暗算法的計(jì)算工作量。Phong算法較好地模擬了局部范圍內(nèi)的外表彎曲度，得到了很好的曲面效果，尤其在鏡面反射的高光區(qū)顯得很真實(shí)。即使不是鏡面反射情況，Phong明暗算法的效果也明顯地優(yōu)于Gourand算法。這是因?yàn)樗诿奎c(diǎn)進(jìn)展了光照模型的計(jì)算，因而大大地減輕了馬赫帶效應(yīng)。但是由于每次插值計(jì)算后的法線矢量在代入光照模型前都需要單位化，因而也大大地增加了計(jì)算工作量。Phong明暗處理模型(法矢量插值)30Phong明暗算法又稱為法線矢量明暗算法。該3131Phong著色方法

法向插值著色方法

步驟

1、計(jì)算多邊形單位法矢量

2、計(jì)算多邊形頂點(diǎn)單位法矢量3、對(duì)多邊形頂點(diǎn)法矢量進(jìn)展雙線性插值，獲得內(nèi)部各點(diǎn)的法矢量4、利用光照明方程計(jì)算多邊形內(nèi)部各點(diǎn)顏色。32Phong著色方法法向插值著色方法步驟1、計(jì)

33 33著色方法存在的問題:----不光滑的物體輪廓插值多邊形繪制方法34著色方法存在的問題:----不光滑的物體輪廓插值多邊形繪制方透視變形方向依賴性35透視變形35公共頂點(diǎn)處顏色不連續(xù)頂點(diǎn)方向不具有代表性36公共頂點(diǎn)處顏色不連續(xù)36外表細(xì)節(jié)多邊形根據(jù)待生成的紋理構(gòu)造細(xì)節(jié)多邊形將細(xì)節(jié)多邊形貼到物體外表9.3物體外表細(xì)節(jié)模擬37外表細(xì)節(jié)多邊形9.3物體外表細(xì)節(jié)模擬37

顏色紋理紋理函數(shù)表示數(shù)字圖像

數(shù)學(xué)公式紋理映射：38顏色紋理數(shù)字圖像數(shù)學(xué)公式紋理映射：當(dāng)物體外表是多邊形時(shí)直接給定多邊形頂點(diǎn)的紋理坐標(biāo)39當(dāng)物體外表是多邊形時(shí)直接給定多邊形頂點(diǎn)的紋理坐標(biāo)39當(dāng)物體外表是參數(shù)曲面時(shí)給定參數(shù)與紋理坐標(biāo)之間的關(guān)系40當(dāng)物體外表是參數(shù)曲面時(shí)給定參數(shù)與紋理坐標(biāo)之間的關(guān)系40 1、將屏幕像素的四個(gè)角點(diǎn)映射到景物坐標(biāo)空間中可見的物體外表上 3、將像素所對(duì)應(yīng)的紋理坐標(biāo)空間中的四邊形內(nèi)的所有紋素的值作加權(quán)平均，結(jié)果作為物體外表的漫反射系數(shù)參與顏色計(jì)算2、將景物坐標(biāo)空間映射到紋理坐標(biāo)空間

41 1、將屏幕像素的四個(gè)角點(diǎn)映射到景物坐標(biāo)空間中可見的物體外表4242采用法向擾動(dòng)法目標(biāo)產(chǎn)生幾何紋理，模擬凸凹不平的物體外表應(yīng)用自然界中植物的表皮等方法對(duì)物體外表微觀形狀進(jìn)展擾動(dòng)幾何紋理43采用法向擾動(dòng)法幾何紋理439.4陰影什么是陰影

光源不能直接照射的區(qū)域?qū)庠磥碚f，不可見的面〔隱藏面〕考慮陰影的光照明方程449.4陰影什么是陰影光源不能直接照射的區(qū)域?qū)庠磥碚f，Z緩沖器算法產(chǎn)生陰影將所有景物變換到光源坐標(biāo)系中，利用Z緩沖器算法按光線方向?qū)拔镞M(jìn)展消隱，把那些距光源最近的物體外表上點(diǎn)的深度值保存在陰影緩沖器中2.利用Z緩沖器算法按視線方向?qū)拔镞M(jìn)展消隱，將得到的每一個(gè)可見點(diǎn)變換到光源坐標(biāo)系中，假設(shè)它在光源坐標(biāo)系中的深度值比陰影緩沖器中相應(yīng)單元的值小，那么說明該可見點(diǎn)位于陰影中，否那么不是45Z緩沖器算法產(chǎn)生陰影將所有景物變換到光源坐標(biāo)系中，利用Z緩優(yōu)點(diǎn)算法簡單缺點(diǎn)每個(gè)光源需要一個(gè)陰影緩沖器46優(yōu)點(diǎn)46陰影細(xì)節(jié)多邊形算法步驟在景物空間中，利用裁剪算法求出被光源直接照射的多邊形或其一局部將這些多邊形作為外表細(xì)節(jié)貼在物體外表上47陰影細(xì)節(jié)多邊形47光線跟蹤從可見點(diǎn)P向光源發(fā)出測試光線，假設(shè)該光線在到達(dá)光源之前與其它物體相交，那么P點(diǎn)位于陰影區(qū)域中48光線跟蹤48簡單透明簡單透明不考慮折射現(xiàn)象

插值透明

過濾透明9.5透明

49簡單透明簡單透明不考慮折射現(xiàn)象插值透明過濾透明9.5考慮折射的透明

折射定律50考慮折射的透明折射定律50透射矢量的計(jì)算51透射矢量的計(jì)算519.6整體光照明模型物體外表入射光的構(gòu)成〔1〕光源直接照射〔2〕其它物體的反射光〔3〕透射光局部光照明模型僅考慮了〔1〕529.6整體光照明模型物體外表入射光的構(gòu)成〔1〕光源直接照整體光照明方程53整體光照明方程53光線跟蹤算法的根本原理自然界中光線的傳播過程光源 物體外表 物體外表人眼光線跟蹤過程----光線傳播的逆過程54光線跟蹤算法的根本原理自然界中光線的傳播過程光源 5555光線跟蹤算法關(guān)鍵

光線與物體外表的求交R＝E＋Dt〔t>=0〕E〔e1，e2，e3〕為射線的起點(diǎn)；D〔d1，d2，d3〕為射線的方向，R〔x，y，z〕為射線上的點(diǎn)。找到和射線最近的交點(diǎn)的外表，獲得外表的法線、顏色、反射率、透明性等;連接可見點(diǎn)和光源；沿反射線方向和折射線方向繼續(xù)跟蹤。56光線跟蹤算法關(guān)鍵光線與物體外表的求交R＝E＋Dt575758585959voidglMaterial{if}[v](GLenumface,GLenumpname,TYPEparam);

參數(shù)名缺省值說明GL_AMBIENT(0.2,0.2,0.2,1.0)材料的環(huán)境光顏色GL_DIFFUSE(0.8,0.8,0.8,1.0)材料的漫反射光顏色GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE材料的環(huán)境光和漫反射光顏色GL_SPECULAR(0.0,0.0,0.0,1.0)材料的鏡面反射光顏色GL_SHINESS0.0鏡面指數(shù)（光亮度）GL_EMISSION(0.0,0.0,0.0,1.0)材料的輻射光顏色60voidglMaterial{if}[v](GLenumvoidglLight{if}[v](GLenumlight,GLenumpname,TYPEparam)

表10-1函數(shù)glLight*()參數(shù)pname說明

pname參數(shù)名缺省值說明GL_AMBIENT(0.0,0.0,0.0,1.0)RGBA模式下環(huán)境光GL_DIFFUSE(1.0,1.0,1.0,1.0)RGBA模式下漫反射光GL_SPECULAR(1.0,1.0,1.0,1.0)RGBA模式下鏡面光GL_POSITION(0.0,0.0,1.0,0.0)光源位置齊次坐標(biāo)（x,y,z,w）GL_SPOT_DIRECTION(0.0,0.0,-1.0)點(diǎn)光源聚光方向矢量（x,y,z）GL_SPOT_EXPONENT0.0點(diǎn)光源聚光指數(shù)GL_SPOT_CUTOFF180.0點(diǎn)光源聚光截止角GL_CONSTANT_ATTENUATION1.0常數(shù)衰減因子GL_LINER_ATTENUATION0.0線性衰減因子GL_QUADRATIC_ATTENUATION0.0平方衰減因子61voidglLight{if}[v](GLenumligGLfloatlight_ambient[]={0.0,0.0,0.0,1.0};

GLfloatlight_diffuse[]={1.0,1.0,1.0,1.0};

GLfloatlight_specular[]={1.0,1.0,1.0,1.0};

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,light_ambient);

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,light_diffuse);

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,light_specular);

glEnable(GL_LIGHTING);

glEnable(GL_LIGHT0);

62GLfloatlight_ambient1〕定義紋理、2〕控制濾波、3〕說明映射方式、4〕繪制場景，給出頂點(diǎn)的紋理坐標(biāo)和幾何坐標(biāo)。

注意：紋理映射只能在RGBA方式下執(zhí)行，不能運(yùn)用于顏色表方式。631〕定義紋理、2〕控制濾波、3〕說明映射方式、4〕繪制場景，第9章真實(shí)感圖形處理圖形的真實(shí)感處理主要指場景隱藏線／面的消除、物體外表的明暗效果及其外表的色彩、紋理處理。64第9章真實(shí)感圖形處理圖形的真實(shí)感處理主要9.1簡單光照模型9.2多邊形明暗處理9.3物體外表細(xì)節(jié)模擬9.6整體光照模型9.4陰影9.5透明659.1簡單光照模型9.2多邊形明暗處理9.3物體9.1簡單光照模型〔局部〕光的反射、透射與轉(zhuǎn)化反射、透射、吸收669.1簡單光照模型〔局部〕光的反射、透射與轉(zhuǎn)化反射、透射環(huán)境光光亮度是對(duì)光線復(fù)雜傳播現(xiàn)象的抽象描述。在空中的任何位置、任何方向強(qiáng)度相等。環(huán)境光光亮度:Ie=KaIaIa入射的環(huán)境光亮度，Ka物體外表對(duì)環(huán)境光的反射系數(shù)(0~1)。67環(huán)境光光亮度是對(duì)光線復(fù)雜傳播現(xiàn)象的抽象描述。例如68例如5點(diǎn)光源

向周圍輻射等強(qiáng)度的光69點(diǎn)光源6漫反射光光亮度光源在景物外表的反射光中向空間各方向均勻反射出去的光。粗糙、無光澤物體〔如粉筆〕外表對(duì)光的反射。70漫反射光光亮度7漫反射光照明方程Ip-----點(diǎn)光源的入射光亮度Kd----物體外表漫反射系數(shù)(0~1)------入射角要計(jì)算物體外表的法矢71漫反射光照明方程Ip-----點(diǎn)光源的入射光亮度要計(jì)算物體將環(huán)境光與漫反射結(jié)合起來例子72將環(huán)境光與漫反射結(jié)合起來例子9鏡面反射光滑物體〔如金屬或塑料〕外表對(duì)光的反射.高光入射光在光滑物體外表形成的特別亮的區(qū)域。73鏡面反射光滑物體〔如金屬或塑料〕外表對(duì)光的反射.高光入射光理想鏡面反射74理想鏡面反射11非理想鏡面反射75非理想鏡面反射12鏡面反射光照明方程n----鏡面反射的會(huì)聚指數(shù)V·R)n76鏡面反射光照明方程n----鏡面反射的會(huì)聚指數(shù)V·R)n將環(huán)境光、漫反射與鏡面反射結(jié)合起來Phong光照模型77將環(huán)境光、漫反射與鏡面反射結(jié)合起來Phong光照模型14光的衰減光在光源到物體外表過程中的衰減。衰減函數(shù)：c0、c1、c2為用戶獲得場景中不同光照效果而供調(diào)整的系數(shù)。78光的衰減光在光源到物體外表過程中的衰減。衰減函數(shù)：c0、cPhong光照模型：79Phong光照模型：16產(chǎn)生彩色選擇適宜的顏色模型----RGB模型為顏色模型中的每一種基色建立光照明方程：80產(chǎn)生彩色選擇適宜的顏色模型----RGB模型為顏色模型中的系數(shù)分解根本色彩、亮度分別控制；環(huán)境光與漫反射光的根本色彩統(tǒng)一。81系數(shù)分解根本色彩、亮度分別控制；18統(tǒng)一表示為：=(r,g,b)新的光照明方程:82統(tǒng)一表示為：=(r,g,b)新的光照明方程:19采用多個(gè)光源的光照明方程83采用多個(gè)光源的光照明方程20例子84例子21一、常數(shù)明暗處理模型(均勻著色方法)9.2多邊形明暗處理任取多邊形上一點(diǎn)，利用光照明方程計(jì)算出它的顏色；用這個(gè)顏色填充整個(gè)多邊形。

適合情況光源在無窮遠(yuǎn)處視點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處多邊形是物體外表的準(zhǔn)確表示85一、常數(shù)明暗處理模型(均勻著色方法)9.2多邊形明暗優(yōu)點(diǎn)每個(gè)多邊形只需計(jì)算一次光照明方程，速度快

缺點(diǎn)

相鄰多邊形顏色過渡不光滑

例子86優(yōu)點(diǎn)每個(gè)多邊形只需計(jì)算一次光照明方程，速度快缺點(diǎn)相鄰多處理多邊形集合或多面體時(shí)，常數(shù)明暗處理模型對(duì)每個(gè)多邊形只計(jì)算一個(gè)光照強(qiáng)度值，然后用此值作為整個(gè)多邊形平面的明暗值賦給多邊形的每個(gè)象素，使多邊形的每個(gè)點(diǎn)都具有一樣的明暗度，這種方法稱為常數(shù)明暗法或平面明暗法(Flat)。

如果使用多邊形來作為曲面的近似時(shí)，常數(shù)明暗處理就很難得出滿意的光滑圖形。當(dāng)把曲面離散成許多小的平面多邊形時(shí)，假設(shè)離散度較粗，在光照的外表上使用常數(shù)明暗處理后，兩個(gè)相鄰的多邊形會(huì)顯出凸起或凹陷的折痕，在連接處就顯得比周圍處亮或暗，這就是所謂的馬赫帶效應(yīng)。87處理多邊形集合或多面體時(shí)，常數(shù)明暗處理模型對(duì)每個(gè)多邊光滑著色----插值

Gourand明暗處理模型(顏色插值))

Phong明暗處理模型(法矢量插值)88光滑著色----插值Gourand明暗處理模型(顏色插值

Gourand在1971年提出了光強(qiáng)度插值明暗算法。該算法較好地消除了用常數(shù)明暗法處理光強(qiáng)度的不連續(xù)性，但是在明暗強(qiáng)度函數(shù)的斜率急劇變化處仍可看到馬赫帶效應(yīng)。即Gourand明暗算法不能完全消除光強(qiáng)度的不連續(xù)性。Gourand明暗算法的根本思想是在各多邊形的公共頂點(diǎn)處，用前面得到的光照較準(zhǔn)確地計(jì)算各頂點(diǎn)的反射光的明暗度。而對(duì)于各多邊形內(nèi)部各點(diǎn)的明暗度，那么使用線性插值法計(jì)算各點(diǎn)的明暗度。Gourand明暗處理模型(顏色插值)89

Gourand在1971年提出了光強(qiáng)度插值明Gourand明暗處理算法簡單，一般可以得到較滿意的光滑外表。它的缺點(diǎn)是除了馬赫帶效應(yīng)外，在用周圍多邊形法線來計(jì)算共有頂點(diǎn)的法線時(shí)，如果得到相鄰頂點(diǎn)的法線平行，采用線性插值法計(jì)算出平面上各點(diǎn)的明暗值時(shí)會(huì)得到各平面上的明暗值一樣，圖形會(huì)出現(xiàn)一塊光亮的平坦區(qū)域。90Gourand明暗處理算法簡單，一般可以得到較Gourand著色方法

顏色插值著色方法步驟

1、計(jì)算多邊形的

單位法矢量

2、計(jì)算多邊形頂點(diǎn) 的單位法矢量

91Gourand著色方法顏色插值著色方法步驟 1、計(jì)算3、利用光照明方程 計(jì)算頂點(diǎn)顏色4、對(duì)多邊形頂點(diǎn)顏色進(jìn)展雙線性插值，獲得多邊形內(nèi)部各點(diǎn)的顏色923、利用光照明方程29Phong明暗算法又稱為法線矢量明暗算法。該方法是將多邊形頂點(diǎn)處的法線矢量進(jìn)展線性插值計(jì)算以得到多邊形內(nèi)各點(diǎn)的法線，然后用此插值計(jì)算各點(diǎn)的光照明暗度，因而Phong明暗算法的計(jì)算量要大于Gourand明暗算法的計(jì)算工作量。Phong算法較好地模擬了局部范圍內(nèi)的外表彎曲度，得到了很好的曲面效果，尤其在鏡面反射的高光區(qū)顯得很真實(shí)。即使不是鏡面反射情況，Phong明暗算法的效果也明顯地優(yōu)于Gourand算法。這是因?yàn)樗诿奎c(diǎn)進(jìn)展了光照模型的計(jì)算，因而大大地減輕了馬赫帶效應(yīng)。但是由于每次插值計(jì)算后的法線矢量在代入光照模型前都需要單位化，因而也大大地增加了計(jì)算工作量。Phong明暗處理模型(法矢量插值)93Phong明暗算法又稱為法線矢量明暗算法。該9431Phong著色方法

法向插值著色方法

步驟

1、計(jì)算多邊形單位法矢量

2、計(jì)算多邊形頂點(diǎn)單位法矢量3、對(duì)多邊形頂點(diǎn)法矢量進(jìn)展雙線性插值，獲得內(nèi)部各點(diǎn)的法矢量4、利用光照明方程計(jì)算多邊形內(nèi)部各點(diǎn)顏色。95Phong著色方法法向插值著色方法步驟1、計(jì)

96 33著色方法存在的問題:----不光滑的物體輪廓插值多邊形繪制方法97著色方法存在的問題:----不光滑的物體輪廓插值多邊形繪制方透視變形方向依賴性98透視變形35公共頂點(diǎn)處顏色不連續(xù)頂點(diǎn)方向不具有代表性99公共頂點(diǎn)處顏色不連續(xù)36外表細(xì)節(jié)多邊形根據(jù)待生成的紋理構(gòu)造細(xì)節(jié)多邊形將細(xì)節(jié)多邊形貼到物體外表9.3物體外表細(xì)節(jié)模擬100外表細(xì)節(jié)多邊形9.3物體外表細(xì)節(jié)模擬37

顏色紋理紋理函數(shù)表示數(shù)字圖像

數(shù)學(xué)公式紋理映射：101顏色紋理數(shù)字圖像數(shù)學(xué)公式紋理映射：當(dāng)物體外表是多邊形時(shí)直接給定多邊形頂點(diǎn)的紋理坐標(biāo)102當(dāng)物體外表是多邊形時(shí)直接給定多邊形頂點(diǎn)的紋理坐標(biāo)39當(dāng)物體外表是參數(shù)曲面時(shí)給定參數(shù)與紋理坐標(biāo)之間的關(guān)系103當(dāng)物體外表是參數(shù)曲面時(shí)給定參數(shù)與紋理坐標(biāo)之間的關(guān)系40 1、將屏幕像素的四個(gè)角點(diǎn)映射到景物坐標(biāo)空間中可見的物體外表上 3、將像素所對(duì)應(yīng)的紋理坐標(biāo)空間中的四邊形內(nèi)的所有紋素的值作加權(quán)平均，結(jié)果作為物體外表的漫反射系數(shù)參與顏色計(jì)算2、將景物坐標(biāo)空間映射到紋理坐標(biāo)空間

104 1、將屏幕像素的四個(gè)角點(diǎn)映射到景物坐標(biāo)空間中可見的物體外表10542采用法向擾動(dòng)法目標(biāo)產(chǎn)生幾何紋理，模擬凸凹不平的物體外表應(yīng)用自然界中植物的表皮等方法對(duì)物體外表微觀形狀進(jìn)展擾動(dòng)幾何紋理106采用法向擾動(dòng)法幾何紋理439.4陰影什么是陰影

光源不能直接照射的區(qū)域?qū)庠磥碚f，不可見的面〔隱藏面〕考慮陰影的光照明方程1079.4陰影什么是陰影光源不能直接照射的區(qū)域?qū)庠磥碚f，Z緩沖器算法產(chǎn)生陰影將所有景物變換到光源坐標(biāo)系中，利用Z緩沖器算法按光線方向?qū)拔镞M(jìn)展消隱，把那些距光源最近的物體外表上點(diǎn)的深度值保存在陰影緩沖器中2.利用Z緩沖器算法按視線方向?qū)拔镞M(jìn)展消隱，將得到的每一個(gè)可見點(diǎn)變換到光源坐標(biāo)系中，假設(shè)它在光源坐標(biāo)系中的深度值比陰影緩沖器中相應(yīng)單元的值小，那么說明該可見點(diǎn)位于陰影中，否那么不是108Z緩沖器算法產(chǎn)生陰影將所有景物變換到光源坐標(biāo)系中，利用Z緩優(yōu)點(diǎn)算法簡單缺點(diǎn)每個(gè)光源需要一個(gè)陰影緩沖器109優(yōu)點(diǎn)46陰影細(xì)節(jié)多邊形算法步驟在景物空間中，利用裁剪算法求出被光源直接照射的多邊形或其一局部將這些多邊形作為外表細(xì)節(jié)貼在物體外表上110陰影細(xì)節(jié)多邊形47光線跟蹤從可見點(diǎn)P向光源發(fā)出測試光線，假設(shè)該光線在到達(dá)光源之前與其它物體相交，那么P點(diǎn)位于陰影區(qū)域中111光線跟蹤48簡單透明簡單透明不考慮折射現(xiàn)象

插值透明

過濾透明9.5透明

112簡單透明簡單透明不考慮折射現(xiàn)象插值透明過濾透明9.5考慮折射的透明

折射定律113考慮折射的透明折射定律50透射矢量的計(jì)算114透射矢量的計(jì)算519.6整體光照明模型物體外表入射光的構(gòu)成〔1〕光源直接照射〔2〕其它物體的反射光〔3〕透射光局部光照明模型僅考慮了〔1〕1159.6整體光照明模型物體外表入射光的構(gòu)成〔1〕光源直接照整體光照明方程116整體光照明方程53光線跟蹤算法的根本原理自然界中光線的傳播過程光源 物體外表 物體外表人眼光線跟蹤過程----光線傳播的逆過程117光線跟蹤算法的根本原理自然界中光線的傳播過程光源 11855光線跟蹤算法關(guān)鍵

光線與物體外表的求交R＝E＋Dt〔t>=0〕E〔e1，e2，e3〕為射線的起點(diǎn)；D〔d1，d2，d3〕為射線的方向，R〔x，y，z〕為射線上的點(diǎn)。找到和射線最近的交點(diǎn)的外表，獲得外表的法線、顏色、反射率、透明性等;連接可見點(diǎn)和光源；沿反射線方向和折射線方向繼續(xù)跟蹤。119光線跟蹤算法關(guān)鍵光線與物體外表的求交R＝E＋Dt120571215812259voidglMaterial{if}[v](GLenumface,GLenumpname,TYPEparam);

參數(shù)名缺省值說明GL_AMBIENT(0.2,0.2,0.2,1.0)材料的環(huán)境光顏色GL_DIFFUSE(0.8,0.