计算机图形学 第十章.ppt

第十章 真实感图形绘制 10.1 隐藏线、面消隐 10.2 OpenGL可见性检查函数 10.3 光照模型 10.4 基于简单光照模型的多边形绘制 10.5 阴影生成 10.6 景物表面细节模拟 10.7 整体光照模型与光线跟踪 10.8 OpenGL光照和物体表面特性函数 10.9 OpenGL纹理映射 10.3 光照模型 4．光强衰减 10.3.1 简单光照模型 10.4 基于简单光照模型的多边形绘制 恒定光强的多边形绘制 使用扫描线算法实现表面绘制：Gouraud明暗处理和Phong明暗处理。 10.4 基于简单光照模型的多边形绘制 只要用光照模型算出平面上任一点的亮度，如多边形的一个顶点或中心点的RGB颜色分量强度，则平面上其余点的亮度也采用同样的值即可。 10.4.1 恒定光强多边形绘制 10.4 基于简单光照模型的多边形绘制 又称为强度插值明暗处理。 通过计算构成多边形的顶点的光强，然后利用顶点光强对多边形内部像素进行线性插值来绘制多边形内部区域。 由于顶点被相邻多边形共享，所以相邻多边形在边界附近的颜色过渡会比较光滑。 10.4.2 Gourand明暗处理 10.4 基于简单光照模型的多边形绘制 步骤： （1）计算出多边形顶点处的平均单位法向量，即在多边形各顶点处； （2）对每个顶点用光照模型求得V点的光强度； （3）由两顶点的光强度，插值得出棱边上各点的光强度；由棱边上各点的光强度，插值得出平面上沿某条扫描线上各像素点的光强度。 10.4.2 Gourand明暗处理 10.4 基于简单光照模型的多边形绘制 又称为法向量插值绘制。 是用法向量进行插值计算来替代光强插值。然后，按照插值后每一点的法线方向，用光照模型求出其光强。 用Phong方法可以产生很好的镜面反射高光效果，真实感更强，但同时，计算工作量也更大。 10.4.3 Phong明暗处理 10.4 基于简单光照模型的多边形绘制 步骤： （1）计算每个多边形顶点处的平均单位法向量，计算过程与Gourand明暗处理中第一步的过程相同。 （2）用双线性插值方法求得多边形内部各点的法向量。 （3）最后按光照模型确定多边形内部各点的光强。 10.4.3 Phong明暗处理 10.5 阴影生成 阴影是指当观察方向与光源光线方向不一致时，场景中那些由于没有被光源直接照射而通过视线可以观察到的区域。 在计算机生成的真实感图形中，阴影可以反映画面中景物的相对位置，增加图形的立体感和场景的层次感，丰富画面的真实感效果。 10.5 阴影生成 阴影可分为本影和半影两种。 本影即物体表面上那些没有被光源（场景中所有特定光源的集合）直接照射的部分（位于中间全黑轮廓分明的部分）。 半影指的是物体表面上那些被某些特定光源（或特定光源的一部分）直接照射但并非被所有特定光源直接照射的部分（本影周围半明半暗的区域）。 10.6 景物表面细节模拟 在实际生活中，我们所看到的大部分物体表面并非是光滑的和单调的，而是有非常丰富的表面细节。 10.6 景物表面细节模拟 主要方法： （1）在符合物体尺寸的平面片上粘贴树木、花蕾、草丛等修饰物的图像； （2）采用纹理映射的方法在小的多边形区域建立表面图案； （3）使用过程纹理函数来修改物体表面颜色的映射关系； （4）通过修改表面法向量来生成局部的凹凸来模拟细小的皱纹和粗糙表面； （5）通过同时修改表面法向量和表面切向量来显示木头和其他材料上的图案。 * 甘朝华 使计算机能够产生各种真实感图形一直是图形学研究的重要内容。 在第九章所介绍的三维图形表示方法的基础上，提出很多处理真实感图形的算法，这些算法可有效地处理一定范围内的问题，且被广泛应用于模拟仿真、几何造型、影视广告、电影特效、军事指挥控制、科学计算可视化、医学影像处理、地理信息系统等领域。 10.1 隐藏线、面消隐 人在观察客观世界时只能看到物体的表面形状、颜色，而且随着视点的位置不同所看到的景物也不同。 在计算机中对于图形的描述是用点、线、面、体等基本图素经过复杂构造后形成模型，这些模型并未考虑从一个视点去观察一个三维物体时，组成物体的图素之间及物体之间的遮挡关系。 10.1 隐藏线、面消隐 消隐算法（或可见面判别算法） 从应用的角度看，有两类消隐算法： 线消隐 面消隐 二义性 10.1 隐藏线、面消隐 多面体图形是目前三维物体表达的常用方式。 消隐算法有多种分类方法。 按照操作对象的不同表达，消隐算法可以分为两大类：对象空间方法（Object Space Methods）和图像空间方法（image Space Methods）。 10.1 隐藏线、面消隐 对象空间法是在对象所构成的三维空间中，通过分析各对象和对象的