计算机图形学 第九章.ppt

本 章 小 结 1. 为了使绘制的图形具有真实感，必须进一步模拟人的视觉 效果，能够表示物体表面的颜色和明暗色调。这种模拟是 通过光照模型来实现的。 2.简单光照模型是光照模型中的一种，它仅模拟光照射到物 体表面上时所产生的各种反射光。 3.phong模型就是一个实用的简单光照模型，从phong模型中 可知，真实感图形的生成主要与物体表面法矢、视线方向 矢量和光源方向矢量有关。 4.要通过光照模型来具体模拟物体表面多边形的颜色和明暗 色调，可采用三角形面素法、 Gouraud 方法(双线性亮度 插值法)、 Phong方法(双线性法向量插值法)。 第九章 真实感图形生成技术 本 章 重 点 1.了解真实感图形绘制的基本原理。 2.了解并掌握简单光照模型的组成及应用。 3.了解并掌握绘制真实感图形时常用的多边 形明暗处理的方法。 难点：1.如何使用简单光照模型？ 2.如何绘制真实感图形？ 9.1 引言 真实感图形的绘制是计算机图形学的一个重要组成部分， 它综合利用了数学、物理学、计算机科学和其它科学知识，在 计算机图形设备上生成象彩色照片那样的真实感图形。 一. 真实感图形的生成步骤 ★初始数据的输入 ★图形变换 ★消隐和裁剪 ★辉度计算 根据基于光学物理的光照模型，计算可见面投射到观察者 眼中的光亮度大小和色彩分量，并将它转换成适合图形设备的 颜色值，从而确定投影面上每一象素的颜色，最终生成图形。 二. 颜色 三基色原理 三基色的条件是：这三种颜色中任意二种的组合都不能产生 第三种颜色，这三种基本颜色就称之为三基色。最常用的三基色 是红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue)。 由配色实验可知，标准白光的配色方程为： F白＝1[R]＋1[G]＋1[B] 任意彩色光的配色方程为： F＝R[R]＋G[G]＋B[B] 其中，[R]、[G]、[B]分别为红基色单位、绿基色单位和蓝基色 单位，R、G、B分别表示合成颜色F时所需红、绿、蓝三刺激值的 大小。 三. 光照模型 物体上某一种颜色的明暗程度(辉度)需采用光照模型进行计算。简单的光照模型仅考虑光源照射到物体表面产生的反射光，所生成的图形可以模拟出不透明物体表面的明暗程度，具有一定的真实感。 复杂的光照模型除了考虑上述因素之外，还要考虑周围环境光对物体表面的影响。它可以模拟出镜面映象、透明、纹理等，可使绘制的图形更逼真。 9.2 简单光照模型 当光照射到物体表面上时，会出现三种情况： ① 光可以通过物体表面向空间反射，产生反射光。 ② 对于透明体，光可以穿透该物体并从另一端射出，产生透射光。 ③ 部分光将被物体表面吸收而转换成热。 上述三部分中，仅仅是反射光和透射光能够进入人眼产生视觉效果。 物体表面的反射光和透射光的强弱决定了物体表面的明暗程度，而这些光中所含不同波长光的比例则决定了物体表面的色彩。 一般我们假定入射光均为白光。 假设物体不透明，那么物体表面呈现的颜色仅由其反射光决定。 通常，反射光由三个分量组成，分别是环境反射、漫反射和镜面反射。 环境反射分量是假设入射光均匀地从周围环境入射至物体表面，并等量地向各个方向反射出去，因此也可以看成是一种漫反射光，且只占一般漫反射光的很小一部分。 一. 漫反射分量表示特定光源在物体表面产生的反射光中，那些向空间各个方向均匀反射出去的光，这种反射光的计算可以使用朗伯余弦定律：对于一个漫反射体，其表面的反射光亮度和光源入射角(入射光线与表面法向量的夹角)的余弦成正比。即： I漫＝IpdCOSθ 其中 I漫为表面反射光亮度 Ipd为光线垂直入射时反射光亮度 θ为光线入射角 朗伯余弦定律说明了当观察一个漫反射体时，人眼接收到的光亮度和观察者的位置无关。 光源 Ipd θ 由于物体表面除受特定光源照射外，还受到从周围 环境来的反射光的照射，这些环境光的照明效果，可以 采用环境反射分量予以模拟。 由于假定环