真实感图形生成.ppt

光在传播的过程中，其能量会发生衰减。光照模型中必须考虑光强衰减，否则会影响生成图形的真实效果。01光强的衰减可以采用常数衰减、一次函数衰减和二次函数衰减等。02常用的二次衰减函数03光强衰减选择颜色模型（colormodel）面向硬件的颜色模型：RGB、CMY面向视觉感知的颜色模型：HSI为颜色分量指定光照模型颜色以RGB颜色模型为例环境光强度：入射光强度：环境光反射系数：漫反射系数：镜面反射系数：颜色12A光强计算公式：颜色B2基于简单光照模型的多边形绘制恒定光强Gouraud明暗处理Phong明暗处理恒定光强只用一种颜色绘制整个多边形的前提条件光源在无穷远处，则多边形上所有点的L?N为常数，衰减函数也是一个常数。视点在无穷远处，则多边形上所有点的V?R为常数。多边形是景物表面的精确表示，即不是一个含曲线面景物的近似表示。缺点：相邻多边形法矢量不同，造成不连续。Gouraud明暗处理Gouraud明暗处理方法，又称为亮度插值明暗处理，它通过对多边形顶点颜色进行线性插值来绘制其内部各点，其步骤为：计算每个多边形顶点处的平均单位法矢量；对每个顶点根据恒定光强模型来计算其光强；在多边形表面上将顶点强度进行线性插值。消隐算法分类按其实现方式分为：图像空间消隐算法图像空间(屏幕坐标系)消隐算法以屏幕像素为采样单位，确定投影于每一个像素的可见景物表面区域，并将其颜色作为该像素的显示颜色。如深度缓冲器算法、A缓冲器算法、区间扫描线算法等。景物空间消隐算法直接在景物(观察坐标系)中确定视点不可见的表面区域，并将它们表达成同原表面一致的数据结构。如BSP算法、多边形区域排序算法等。介于二者之间的算法，如深度排序算法、区域细分算法、光线投射算法等。?排序：各景物表面按照距离视点远近排序，排序结果用于确定消隐对象之间的遮挡关系。01连贯性：连贯性是指所考察的物体或视区内的图像局部保持不变的一种性质，用于提高排序效率。02基本的原则9.1深度缓存器算法（Z-buffer）基本原理Z缓存：保存屏幕坐标系上各像素点所对应的深度值。帧缓存：保存各像素点的颜色。深度缓存器算法（Z-buffer）图9.1深度缓存器算法的原理01观察方向：Z轴负向02

深度缓存器算法（Z-buffer）算法步骤初始化：把Z缓存中各(x,y)单元置为z的最小值，而帧缓存各(x,y)单元置为背景色。在把物体表面相应的多边形扫描转换成帧缓存中的信息时，对于多边形内的每一采样点(x,y)进行处理：计算采样点(x,y)的深度z(x,y)；如z(x,y)大于Z缓存中在(x,y)处的值，则把z(x,y)存入Z缓存中的(x,y)处，再把多边形在z(x,y)处的颜色值存入帧缓存的(x,y)地址中。深度缓存器算法（Z-buffer）如何计算采样点(x,y)的深度z(x,y)。01假定多边形的平面方程为：Ax+By+Cz+D=0。02图9.2利用扫描线的连贯性加快深度的计算深度缓存器算法（Z-buffer）深度缓存器算法（Z-buffer）扫描线上所有后继点的深度值：当处理下一条扫描线y=y-1时，该扫描线上与多边形相交的最左边（x最小）交点的x值可以利用上一条扫描线上的最左边的x值计算：扫描线深度缓存器算法：增加多边形表深度缓存器算法（Z-buffer）深度缓存器算法（Z-buffer）简单便于硬件实现优点占用太多的存储单元在实现反走样、透明和半透明等效果方面有困难缺点避免对被遮挡区域的采样是进一步提高扫描线算法计算效率的关键。图9.3区间扫描线算法原理区间扫描线算法算法三张表：边表、多边形表、有效边表。分割子区间，确定子区间上的唯一可见面。01图9.4扫描线子区间02区间扫描线算法特殊情形贯穿情形：为了使算法能处理互相贯穿的多边形，扫描线上的分割点不仅应包含各多边形的边与扫描线的交点，而且应包含这些贯穿边界与扫描线的交点。循环遮挡：将多边形进行划分以消除循环遮挡。图9.5多边形贯穿和循环遮挡的情形区间扫描线算法算法原理：算法约定距视点近的优先级高，距视点远的优先级低。生成图像时，优先级低的多边形先画，优先级高的多边形后画。这样，后画的多边形就会将先画的多边形遮挡住，从而达到消隐的效果。01算法的关键是多边形排序。02深度排序算法（画家算法）区域细分算法算法原理：考察投影平面上的一块区域，如果可以很“容易”地判断覆盖该区域中的哪个或哪些多边形是可见的，则可按这些多边形的光照属性和几何位置计算确定子区域内各像素的显示颜色；否则就将这块区域细分为若干较小的