7.真 实感图形显示.pptVIP

对于树上任意一结点Pi , Pi处沿视线方向V射去的光强I为 I=IG+WP?Ir+TP?It Pi点所受到的光照 光线跟踪方法优点： 各物体之间反射的影响，因此显示效果十分逼真。 有消隐功能 有影子效果 该算法具有并行性质 ⒊ 透射光线的情况 透射模型如下： EPt = TP?IPb 其中： Ept：物体表面P点处透射出的光强 TP：P点的透射系数(取值范围为0~1) Ipb：到达P点背后的光强。 将上述3种情况综合起来，便获得物体表面P点处所发光强EP的计算公式： EP=EPd+EPs+EPt = RPId+(RP?cos i+WPcosn s)IPs+TP?Ipb 上式中只有cos i和cos s的值是未知的，需要推算。（详见7.3.2) 7.3.3 明暗的光滑处理 在计算机图形学中，曲面体(例如球)通常是用多面体逼近表达的。这时，分别计算各个面的亮度，就会在多边形与多边形的交界处产生明暗的连续变化，影响曲面的显示效果。 解决方法： 采用插补的方法，使得表面明暗光滑化。最常使用的表面明暗光滑化的方法有两种，称为Gourand方法和Phong方法。 Gourand光滑方法如下： 基本思想：在每个多边形顶点处计算颜色，然后在各个多边形内部进行线性插值，得到多边形内部各点颜色。即它是一种颜色插值着色方法。 基本步骤： ⑴ 先计算出多面体顶点的法线方向 ⑵ 用光照模型求得V点的亮度。 ⑶ 由两顶点的亮度，插值得出棱上各点的亮度。由棱上各点的亮度，插值得出面上各点的亮度。 （下面详细介绍每步） Step1: 计算多面体顶点的法线方向 设与多面体顶点V相邻的多边形为P1，P2，…，Pn，它们的法线分别为N1(a1, b1, c1)，N2(a2, b2, c2)，…，Nn(an, bn, cn)。则V的法线nV取做： nV = (a1+a2+…+an)i+(b1+b2+…+bn)j+(c1+c2+…+cn)k Step2: 用光照模型求得V点的亮度。 Step3:由两顶点的亮度，插值得出棱上各点的亮度。由棱上各点的亮度，插值得出面上各点的亮度 。 保留abc折痕的情况 如果希望在某处不处理成光滑而要保留折痕效果 (例如abc)方法是在顶点b设置2条法线。分别用语A和B，C和D之间的插值 Gourand光滑化方法 优点：能有效的显示漫反射曲面，计算量小 缺点： 1、高光有时会异常 2、当对曲面采用不同的多边形进行分割时会产生不同的效果。 3、Gouraud明暗处理会造成表面上出现过亮或过暗的条纹，称为马赫带（Mach_band）效应 改进－Phong提出双线性法向插值，以时间为代价，解决高光问题 明暗变化失常 马赫带效应 Gourand光滑化方法 基本思想：通过对多边形顶点的法矢量进行插值，获得其内部各点的法矢量，又称为法向插值着色方法。 步骤 1、计算多边形单位法矢量 2、计算多边形顶点单位法矢量 3、对多边形顶点法矢量进行双线性插值， 获得内部各点的法矢量 4、利用光照明方程计算多边形内部各点颜色 Phong光滑方法 Phong着色方法 NA由N1、N2线性插值得到： 两种方法的比较1 Phong着色方法绘制的图形比Gouraud方法更真实，体现在两个方面：高光区域的扩散，产生正确的高光区域 1：Phong着色方法计算量远大于Gouraud着色方法 2：在处理某些多边形分割的曲面时，Phong算法还不如Gouraud算法好。 两种方法的比较2 Phone方法可以产生正确的高光区域 Gouraud Phone 两种方法的比较3 7.3.4 阴影生成 目的：增加图形的立体感和场景的层次感 ，真实感 阴影可分为两种： 本影：本影即景物表面上那些没有被光源（景物中所有特定光源的集合）直接照射的部分 半影：而半影指的是景物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。 一般来说，半影的计算比本影要复杂得多 方法一：影域多边形方法 所谓影域，就是物体投射出的台体 。判断点是否在台体中即可确定是否在阴影中。 S1 S2 S3 S4 S5 I II III 利用影域多边形进行阴影判断 为了判别一可见多边形的某部分是否位于影域内，可将影域多边形置入景物多边形表中 (右图） 方法2：曲面细节多边形方法 首先取光源方向为视线方向对景物进行第一次消隐，产生相对光源可见的景物多边形（