计算机图形学_第十章分解.pptx

第十章、光照模型与面绘制算法 光源 简单光照模型 多边形绘制算法 透明及阴影 添加表面细节 纹理映射 光源 定义 任一发出辐射能量的对象称为一个光源，它对场景中的其它对象的光照效果有贡献。 点光源 使用三个RGB颜色分量指定的单个颜色的点光源是发光体的最简单的模型。 场景中的点光源通过指定其位置和发射光颜色来定义 光源 无穷远光源 距离场景非常远的大型光源（如太阳）也可以用一个点发光体逼近，但是在方向效果上有所不同。 远距离光源仅在一个方向上照明场景，从远距光源到场景中任意位置的光线路径接近不变。 光源 辐射强度衰减 辐射光线从一点光源出发并在空间中传播，离光源距离为dl时，它的振幅将按因子1/dl2进行衰减。 即接近光源的表面将得到较高的入射光强度，而较远的表面则强度较小。 生成真实感图形时，采用如下衰减因子 可以通过调节a0、a1、a2的值来得到场景中不同的光照效果，例如参数a0可以用来防止d很小是f(d)很大。 光源 无穷远光源及局部光源衰减系数： 光源 方向光源和投射效果 一个局部光源稍加修改就可产生方向光束或投射光束 如果一个对象位于光源的方向范围之外，则该对象得不到该光源的光照，如果环境中只存在该光源，则该对象不可见。 光源 角强度衰减 对于一个方向光源，可按照从点光源位置出发的光强度角计算衰减。 常用的方向光源角强度衰减函数为： 其中al是角强度衰减指数，是一个大于0的值。衰减指数al值越大，在角强度衰减越大。 光源 角强度衰减的一般公式 光源 Vlight Vobj 简单光照模型 精确的光照模型按照入射光能量与对象的材料组成之间的交互结果进行计算。但是为了简化计算，通常都是使用实际物理过程的近似来进行计算的。 简单光照模型中假定光源是点光源，物体是非透明物体，且表面光滑，于是透射光和散射光将近似于零，可以忽略不计。由于被物体吸收的光不会产生视觉效果，因此简单光照模型只考虑反射光的作用。反射光由环境光、漫反射光和镜面反射光三部分组成。 简单光照模型 简单光照模型 环境光 环境光不直接来自光源，而是来自周围的环境对光的反射 环境光的特点是：照射在物体上的光来自周围各个方向，又均匀地向各个方向反射。可以近似地认为，同一环境下的环境光是恒定不变的，对任何物体的所有表面都相等。 环境光照强度用Ia表示。场景中每个表面都得到这个环境光的照明。环境中物体上的一点对环境光的反射强度为： 其中，Ie是环境光反射强度；Ka为物体表面对环境光的反射系数。在同一环境光的照射下，物体表面呈现的光强度未必相同，就是因为它们具有不同的Ka。 简单光照模型 漫反射 一个粗糙的、无光泽的表面呈现为漫反射。当光线照射到这样的表面上时，光线沿各个方向都作相同的反射，所以从任何角度去看这种表面都有相同的亮度。 表面上任一点反射出的辐射光能量可以用朗伯余弦定理计算，因此也称为朗伯仿射体。 散射光 来自某个方向，当它撞击表面时，它会均匀的向所有方向发散。因此，不管眼睛在那个位置，散射光看上去总是一样亮的。 简单光照模型 朗伯余弦定理 在与对象表面法向量夹角为 的方向上，每个面积为 的平面单位所发散的光线与 成正比。 简单光照模型 假设每一表面都按理想漫反射对待，设物体表面在P点的法矢为N，从P点指向光源的矢量为L，N和L的夹角为θ。由郎伯余弦定理可得点P处漫反射光的强度为： 其中， In为漫反射光反射强度，Id为P点处漫反射光入射强度；Kd为漫反射系数，且有Kd∈[0,1]，它由物体的材料属性以及入射光的波长决定；θ为光线的入射角。 简单光照模型 镜面反射 镜面反射遵循反射定律，入射光和反射光分别位于表面法矢的两侧。对于理想的高光泽度反射面，反射角等于入射角时，光线才会被反射，即只有在等于入射角的反射角方向上，观察者才能看到反射光，如图所示。对于这种理想的反射面，镜面反射的光强要比环境光和漫反射的光强高出很多倍，这时，如果观察者正好处 在R点的镜面反射方向上，就会看到一个比周围亮得多的高光点。 简单光照模型 镜面光 来自于一个特定的方向，并且倾向于从表面某个特定的方向反射。 简单光照模型 Phong模型 实际上，非理想的反射面，只要其表面是光滑的，如金属或瓷器表面，在点光源的照射下，也会产生一块特别亮的区域，称为高光点或镜面光斑。尽管这时镜面反射光的强度会随α角的增加而急剧地减少，但观察者还是可以在α角很小的情况下接受到这种改变了方向的一部分镜面反射光。这种镜面反射情况由Phong模型给出： 其中，Is为镜面反射光在观察方向上的光强；Ip为P点处镜面反射光入射强度；Ks为镜面反射系数；α为视点方向V与镜面反射方向R之间的夹角；n是与物体表面光滑度有关的一个常数，表面越光滑，n越大。 简单光照模型