计算机图形学第9讲光照与纹理分解.ppt

将场景分为多个面片，设每个面片面积为Ai ，辐射能量为： 方程两边同时除以Ai ： 得到最终线性方程： Bi和Bj为未知的辐射度 * 将各方程组结合，求解线性方程组： n个方程，n个未知数 * 反射率、形状因子 辐射度 光源 与视点无关 若场景静态，此项不变 若光源静态，可在预计算中求解 特点 基于热辐射方程，通过数值求解实现 适合绘制漫反射环境，产生辉映效果 与视点无关 适合在漫游环境中使用 忽略了高光效果 与场景规模相关，要求封闭系统，一般只适合绘制室内环境 * 整体光照明 辐射度（漫反射）+光线跟踪（镜面高光） 两次绘制 第一次绘制：辐射度 第二次绘制：光线跟踪 融合两次绘制结果 * 整体光照明 第1次：辐射度 * 整体光照明 第2次：光线跟踪 * 整体光照明 * (R) 、(G) 、(B)在第一象限内 * 例如，一个在观察点附近的小物体可以和一个远处的大物体对于同一观察点有相同的立体角 * * * 分布函数可模拟光线回反射效果 * * * 该光线碰到了背景:背景也是物体 * * * * * 每次求交做多次乘法 * 从楼上能看多远 * 光线跟踪方法 J. Turner Whitted 美国计算机科学家 北卡罗来纳大学博士学位（1978） 微软高级研究员 美国工程院院士 for contributions to computer graphics, notably recursive ray-tracing. 曾任 北卡罗来纳大学教授 贝尔国家实验室技术员 飞行员/水手 Turner Whitted ，An improved illumination model for shaded display，Communications of the ACM, v.23 n.6, p.343-349, June 1980. * 光线跟踪方法 思想 光线可由一组射线表达 我们看到物体，因为投射在物体（物体发出的光线）经反射/折射到达我们的眼睛（但是只有少量光线！） 光线跟踪算法：跟踪方向与光传播的方向是相反的，而是视线跟踪。由视点与象素(x，y)发出一根射线，与第一个物体相交后，在其反射与折射方向上进行跟踪， * 光线跟踪方法 I=I光源+I反射+I折射 * 光源直接照射 反射方向 折射方向 I=I光源+I反射+I折射！ 光线跟踪方法 * 自然界光照明的拟过程！ * 光线跟踪方法 结果？ * 死循环? 需要终止条件！ 光线跟踪方法 终止条件： 该光线未碰到任何物体 该光线碰到了背景 光线在经过许多次反射和折射以后，就会产生衰减，光线对于视点的光强贡献很小（小于某个设定值） 光线反射或折射次数即跟踪深度大于一定值 * 光线跟踪方法 RayTracing(start, direction, weight, color) { if ( weight MinWeight ) color = black; else { 计算光线与所有物体的交点中离start最近的点； if ( 没有交点 ) color = black; else { Ilocal = 在交点处用局部光照模型计算出的光强； 计算反射方向 R； RayTracing(最近的交点, R, weight*Wr, Ir); 计算折射方向 T； RayTracing(最近的交点, T, weight*Wt, It); color = Ilocal + Ks*Ir+ Kt*It; } } } * 多次反射效果（0次） * 多次反射效果（1次） * 多次反射效果（2次） * * 如何求光线（射线）与物体的交点 光线跟踪方法 * ？ 如何求光线（射线）与物体的交点 射线 是射线的起始点 是射线的方向，一般归一化 * 光线跟踪方法 求光线（射线）与平面的交点 射线 平面方程 交点 存在多个交点时，min{ti}, ti 0为射线从起始点出发遇到的第一个交点 * 光线跟踪方法 射线与三角形求交 判断点在三角形内 重心坐标(α,β,γ)， 点在三角形内时 ， 求重心坐标(α,β,γ) 代入得 矩阵形式 ，在三角形内： * 光线跟踪方法 射线与多边形求交 先求射线与多边形所