計算機圖形學第五章真實感圖形

計算機圖形學第五章真實感圖形2007.10.111第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一主要內容引言光照明模型多邊形物體的明暗處理光線跟蹤算法紋理映射輻射度方法實時繪制技術非真實感圖形繪制技術2第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一引言目標：讓計算機生成如同照片般真實的圖像生成真實感圖形的步驟建立幾何模型，確定景物表面的光照屬性進行取景變換，將物體投影到二維平面上采用消隱算法剔除當前視點處不可見的場景表面根據光照明模型，計算在可見場景表面的光亮度3第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一光照明模型影響物體表面光照明效果的因素光源觀察點位置物體表面局部幾何形狀表面朝向材料屬性光照明模型考慮物體表面上每一個點所代表的微小面元受到來自光源或周圍環(huán)境光線的照射而產生的反射或透射光亮度4第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一光照明模型最常用的四類光照明模型泛光模型Lambert漫反射模型Phong鏡面反射模型Whitted整體光照明

模型5第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一泛光模型最簡單的光照明模型試圖刻畫周圍環(huán)境反射光對物體表面照明貢獻6第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一泛光模型假定環(huán)境反射光沿任何方向對任何物體表面入射的光亮度都相等，采用常量近似Ienv:物體表面對泛光的反射光亮度Ia:泛射光的入射光亮度Ka:物體表面對泛光的反射率7第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一泛光模型泛光模型的光照明效果（UtahTeapot）8第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一直接光源對物體表面的照射有方向性物體表面的反射光分為：漫反射光鏡面反射光純漫射表面只產生漫反射示例：地面、樹木Lambert漫反射模型9第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Lambert漫反射模型漫反射光是物體表面對入射光線朝各個方向的均勻反射大小只與入射光的光亮度和入射方向有關與漫反射光的反射方向無關均勻反射的光線10第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Lambert漫反射模型漫反射光亮度和光源入射角（入射光線和表面法向量的夾角）的余弦成正比Id:表面漫反射光的光亮度Kd:物體表面漫反射率Ie:發(fā)自光源的入射光的光亮度α:光源入射角11第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Lambert漫反射模型cosα的計算快速計算平方根（光盤附帶源程序）α的變化對Id的影響12第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Lambert漫反射模型Lambert光照模型I:景物表面的反射光亮度Ia:環(huán)境泛光入射光亮度，一般取值范圍為0.02Ie～0.2Ie13第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Lambert漫反射模型Lambert模型的光照明效果（UtahTeapot）14第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Phong模型鏡面高光示例15第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Phong模型鏡面反射光一種朝向一定方向的反射光，它遵從光的反射定律16第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Phong模型Phong采用余弦函數的冪次來模擬鏡面反射光Is:物體表面鏡面反射光亮度Ie:發(fā)自光源的入射光的光亮度θ:鏡面反射方向和視線方向的夾角ks:表面的鏡面反射率n:鏡面反射光的會聚指數，又稱“高光”指數17第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Phong模型鏡面反射方向的計算18第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Phong模型虛擬鏡面法向H19第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Phong模型Phong模型綜合了漫反射、鏡面反射及泛光反射分量20第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Phong模型Phong模型多光源矢量積形式21第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Phong模型Phong模型的光照明效果（UtahTeapot）22第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Whitted整體光照明模型局部光照明模型的局限僅考慮從光源直接發(fā)出的光線對物體表面光亮度的貢獻沒有考慮光線在物體之間的相互反射和透射Whitted模型：整體光照明模型可模擬現(xiàn)實世界中

景物表面之間的

鏡面反射和透射

現(xiàn)象23第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Whitted整體光照明模型假設從某一觀察方向V所觀察到的物體表面某點P的光亮度的貢獻來自于三個方面：由光源直接照射引起的反射光亮度Ic鏡面反射光規(guī)則透射光24第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Whitted整體光照明模型鏡面反射和規(guī)則透射示例照片：注意觀察樹枝在水面的倒影及在水中的折射效果25第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Whitted整體光照明模型Whitted整體光照明模型Ic：由光源直接照射在表面上引起的反射光亮度Is：沿V的鏡面反射方向r入射到表面上的環(huán)境光在表面上產生的

鏡面反射光It：沿V的規(guī)則透射方向t入射到表面上的環(huán)境光通過透射在表面

上產生的規(guī)則透射光ks：表面的鏡面反射率kt：表面的透射率

26第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一Whitted整體光照明模型Whitted模型的求解光線跟蹤！WhittedT,Animprovedilluminationmodelforshadeddisplay,CommunicationsoftheACM,1980,23(6):343-349.27第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一5.2多邊形物體的明暗處理（Shading）在計算機圖形學中，場景中的許多物體都采用多邊形表示三類常用的明暗處理（Shading）方式Flat

ShadingGouraudShadingPhongShading28第二十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一FlatShading方法依據局部光照明模型按每一個多邊形的法向計算出一個顏色值C將C賦給該多邊形在屏幕上的投影所覆蓋的全體像素優(yōu)缺點處理簡單，計算量小景物表面上相鄰的多邊形之間顏色差異較大，存在馬赫帶