《光照模型》课件.pptVIP

**************什么是光照模型?光照模型是一种数学模型,用于计算模拟光线在虚拟三维环境中的传播和交互过程。它描述了光线如何与场景中的物体表面发生作用,从而产生各种光学效果,如阴影、高光、反射等。光照模型是图形渲染和虚拟现实中的核心技术之一。不同的光照模型根据物理特性的模拟精度和计算复杂度的权衡,适用于不同的应用场景,如实时渲染、离线渲染、实物模拟等。理解光照模型的原理和特点,是从事计算机图形学的关键基础知识。光照模型的应用场景游戏渲染游戏中逼真的光照效果使角色和环境更添生动感。各种光照模型可用于不同游戏场景的渲染。建筑设计光照模型有助于分析建筑中阳光照射的情况,优化室内外照明方案。电影特效针对电影拍摄环境,使用适当的光照模型可制作逼真生动的镜头特技。医疗成像光照模型用于医学成像技术,如CT扫描和MRI,帮助医生更好地诊断和分析病情。光照模型的基本要素1光源定义光源的颜色、强度和位置是光照模型的关键。光源可以是点光源、平行光源或聚光灯等。2材质属性材质的反射、折射、吸收特性会影响光照效果。材质参数包括漫反射系数、镜面反射系数等。3观察者位置观察者的位置和姿态会决定光照的呈现方式。不同角度会产生截然不同的光照效果。4几何信息场景中物体的几何形状和位置关系会影响光照的传播和反射情况。环境光定义环境光是指从周围环境无规则地反射和折射的光线。它没有特定的光源，而是从各个方向均匀地照射在物体表面。作用环境光能够填补阴影区域,使物体的表面看起来更加自然和柔和。它是构建逼真光照场景的基础。特点环境光是漫反射的,不会产生高光亮点。它通常被表示为一个常数值,或者根据场景设置不同的灰度值。漫反射光均匀散射漫反射光是物体表面均匀地反射入射光线的现象。它不会保留入射光的方向,而是被散射到各个方向上。软化效果漫反射光能够柔和化光影效果,在物体表面上产生均匀的亮度。这种柔和的光照可以突出物体的形状和质地。关键作用漫反射光是构建真实感光照的关键要素之一,可以增强物体的立体感和真实感。合理利用漫反射可以创造出更加自然生动的场景效果。镜面反射光光亮表面镜面反射光发生在光滑、有光泽的表面上,如金属或抛光的塑料。入射光会以一定角度反射回去,形成高光。材质属性镜面反射光的强度和材质的高光指数有关,高光指数越高,材质越光亮。视角依赖镜面反射光的强度会随着观察者视角的变化而变化,与漫反射光不同。Phong光照模型Phong光照模型是一种基于物理的光照模型,通过模拟发射光、环境光、漫反射光和镜面反射光的相互作用来计算最终像素颜色。该模型考虑了表面粗糙度对镜面高光的影响,能够很好地模拟各种材质的视觉效果。Phong模型是非常流行的光照计算方法,在游戏和实时渲染中广泛应用。但与基于物理的光照模型相比,它仍存在一些局限性,如无法准确模拟次表面散射等复杂光学现象。Blinn-Phong光照模型Blinn-Phong光照模型是JamesBlinn于1977年提出的一种改进的Phong光照模型。它通过引入半角向量来简化光照计算,同时也能更好地模拟物体表面的高光效果。相比Phong模型,Blinn-Phong模型计算效率更高,在实时渲染中应用广泛。Blinn-Phong模型将镜面反射光的计算简化成了法线向量和半角向量之间的点积,使得整个光照计算过程更加高效。同时,该模型也更好地模拟了实际物体表面的高光效果,使渲染效果更加逼真。Cook-Torrance光照模型Cook-Torrance光照模型是一种基于物理的微表面理论的光照模型。它考虑了表面粗糙度和反射率等参数,可以更准确地模拟复杂材质的光照效果,如金属、瓷砖等。相比于Phong模型,Cook-Torrance模型能够更好地模拟高光的软硬程度和散射范围。基于物理的光照模型实时渲染的物理准确性基于物理的光照模型将光线传播的物理过程精确地模拟,可以产生更为逼真的渲染效果,提高图像的真实感。能量守恒的光照模型这类光照模型遵循能量守恒定律,确保输入和输出光能之间的平衡,从而生成更加准确的光照效果。BRDF光照模型BRDF(双向反射分布函数)是基于物理的光照模型的核心,精确描述了表面反射特性,是实现逼真渲染的关键。光照模型的参数设置亮度调节通过调整环境光、漫反射光和镜面反射光的强度,可以控制场景的整体亮度。材质参数设置表面材质参数,如反射系数、粗糙度等,影响光照效果。光照方向调整光源位置和朝向,可以创造不同的阴影效果和景深。场景光照的设计考量1光源位置确保光源位置自然合理,不要制造出不自然的阴影或亮度分布。2光照强度根据场景内容适当调整光照强度,使整体亮度