第九章真s实感图形-公开课件.ppt

第十章 真实感图形绘制 简单光照明模型 多边形绘制方法 透明 整体观照明模型 光线跟踪算法 第十章 真实感图形绘制 光照模型(Illumination Model):计算某一点的光强度的模型 真实感图形的特点 能反映物体表面颜色和亮度的细微变化 能表现物体表面的质感 能通过光照下的物体阴影，极大地改善场景的深度感和层次感，充分体现物体间的相互遮挡关系 能模拟透明物体的透明效果和镜面物体的镜面效果 影响观察者看到的表面颜色的因素 ①物体的几何形状 ②光源 位置、距离、颜色、数量、强度、种类 ③环境 遮挡关系、光的反射与折射、阴影 ④视点位置 ⑤物性 材料、颜色、透明度 折射性 ⑥表面光洁度 光源 ①几何性质 点光源 线光源 面光源 ②光谱组成 白色光等能量的各种波长可见光的组合 彩色光 单色光 真实感图形学早期发展 1967年，Wylie等人第一次在显示物体时加进光照效果，认为光强与距离成反比。 1970年，Bouknight提出第一个光反射模型：Lambert漫反射＋环境光 1971年，Gouraud提出漫反射模型加插值的思想 1975年，Phong提出图形学中第一个有影响的光照明模型 相关物理知识 光的传播 反射定律：入射角等于反射角，而且反射光线、入射光线与法向量在同一平面上 折射定律 折射定律：折射线在入射线与法线构成的平面上，折射角与入射角满足 能量关系 在光的反射和折射现象中的能量分布： 下标为i,d,s,t,v的能量项分别表示为入射光强，漫反射光强，镜面反射光强，透射光强，吸收光强 能量是守恒的 简单光照明模型 模拟物体表面的光照明物理现象的数学模型－光照明模型 简单光照明模型亦称局部光照明模型，其假定物体是不透明的，只考虑光源的直接照射，而将光在物体之间的传播效果笼统地模拟为环境光。 可以处理物体之间光照的相互作用的模型称为整体光照明模型 简单光照明模型 光照射到物体表面，主要发生： 反射 透射（对透明物体） 部分被吸收成热能 反射光，透射光决定了物体所呈现的颜色 简单光照明模型-环境光 假定物体是不透明的（即无透射光） 环境光：在空间中近似均匀分布，即在任何位置、任何方向上强度一样,记为Ia 环境光反射系数Ka：在分布均匀的环境光照射下，不同物体表面所呈现的亮度未必相同，因为它们的环境光反射系数不同。 光照明方程（仅含环境光）： Ie = KaIa Ie为物体表面所呈现的亮度。 简单光照明模型- 环境光例子 具有不同环境光反射系数的两个球 简单光照明模型-环境光 缺点：虽然不同的物体具有不同的亮度，但是同一物体的表面的亮度是一个恒定的值，没有明暗的自然过度。 简单光照明模型 考虑引入点光源。 点光源：几何形状为一个点，位于空间中的某个位置，向周围所有的方向上辐射等强度的光。记其亮度为Ip 点光源的照射：在物体的不同部分其亮度也不同，亮度的大小依赖于物体的朝向及它与点光源之间的距离. 简单光照明模型：-漫反射角度余弦的推导 漫反射 粗糙、无光泽物体（如粉笔）表面对光的反射 光照明方程 漫反射的亮度 点光源的亮度 漫反射系数 入射角 漫反射光的强度 只与入射角有关 简单光照明模型-漫反射 将环境光与漫反射结合起来 一般取Ia= (0.02~0.2)Id 例子 简单光照明模型-漫反射 缺点：对于许多物体，使用上式计算其反射光是可行的，但对于大多数的物体，如擦亮的金属、光滑的塑料等是不适用的，原因是这些物体还会产生镜面发射。 简单光照明模型-镜面反射 镜面反射 光滑物体（如金属或塑料）表面对光的反射 高光 入射光在光滑物体表面形成的特别亮的区域 简单光照明模型-镜面反射 理想镜面反射 观察者只能在反射方向上才能看到反射光，偏离了该方向则看不到任何光。 简单光照明模型-镜面反射 非理想镜面反射 P为物体表面上一点，L为从P指向光源的单位矢量，N为单位法矢量，R为反射单位矢量，V为从P指向视点的单位矢量? 简单光照明模型-镜面反射 镜面反射 Is为镜面反射光强。 点光源的亮度 Ks是与物体有关的镜面反射系数。n为镜面反射指数，n越大，则Is随a的增大衰减的越快。 n的取值与表面粗糙程度有关。 n越大，表面越平滑（散射现象少，稍一偏离，明暗亮度急剧下降） n越小，表面越毛糙（散射现象严重） 简单光照明模型-镜面反射 反射方向计算 L在N上的投影矢量为Ncosu，则S+L= Ncosu 记矢量S= Ncosu -L 则有R= Ncosu +S 简单光照明模型-Phong光照明模型 简单光照明模型模拟物体表面对光的反射