計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)內(nèi)容

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)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)。2023/1/132華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7

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（Illuminationmodel），也稱(chēng)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2023/1/133華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.1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2023/1/134華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.1.1環(huán)境光P點(diǎn)對(duì)環(huán)境光的反射強(qiáng)度為2023/1/135華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.1.2漫反射光2023/1/136華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7

由Lambert余弦定理可得點(diǎn)P處漫反射光的強(qiáng)度為：2023/1/137華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7

若L和N都已規(guī)格化為單位矢量，則：2023/1/138華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7彩色：有多個(gè)點(diǎn)光源：2023/1/139華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.1.3鏡面反射光鏡面反射情況由Phong模型給出：2023/1/1310華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-7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：

2023/1/1311華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.1.4光強(qiáng)衰減一個(gè)常用的二次衰減函數(shù)可以表示為：2023/1/1312華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.1.5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。2023/1/1313華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.2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。2023/1/1314華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.2.2Gouraud明暗處理Gouraud明暗處理方法，又稱(chēng)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。2023/1/1315華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.2.3Phong明暗處理Phong明暗處理方法由PhongBuiTuong提出，又稱(chēng)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)。2023/1/1316華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.3透明處理2023/1/1317華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/1/1318華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/1/1319華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.4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)。2023/1/1320華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.5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。2023/1/1321華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.5.1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(chēng)為表面圖案多邊形，來(lái)模擬紋理的結(jié)構(gòu)和模式。2023/1/1322華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.5.2紋理的定義和映射2023/1/1323華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/1/1324華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.5.3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)(BumpMapping)。2023/1/1325華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.6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(chēng)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。2023/1/1326華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.6.2Whitted光照模型Whitted光照模型：2023/1/1327華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.6.2光線跟蹤算法2023/1/1328華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-72023/1/1329華中理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院陸楓99-710.6.3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)算光線跟蹤的光強(qiáng)。2.比較象素四個(gè)角點(diǎn)的光強(qiáng)，確定要進(jìn)行細(xì)分的象素。3.對(duì)細(xì)分后新增的角點(diǎn)計(jì)算光線跟蹤的光強(qiáng)。然后，重復(fù)2.和3.，直到各角點(diǎn)的光