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1、真实感显示真实感显示概述概述根本光照模型根本光照模型明暗处置明暗处置透明透明阴影阴影纹理纹理自然景物模拟自然景物模拟反失真技术反失真技术概述概述 运用与运用与主要技主要技术 真真实感感图形形消消隐明暗明暗阴影阴影纹理理自然景物自然景物光照光照光照模型光照模型 根本概念根本概念消消隐 物体外表点或物体外表点或边的可的可见性性计算算 Color计算算光照光照 物体外表点的光物体外表点的光强度度计算算Intensity光照模型光照模型 光光强度度计算算光源光源反射反射折射折射光照模型光照模型 光强度计算光强度计算光源光源反射反射折射折射 光源光源 环境光环境光 点光源点光源 光照模型光照模型 光强度
2、计算光强度计算光源光源反射反射折射折射 反射反射 镜面反射镜面反射 漫反射漫反射光照模型光照模型 光强度计算光强度计算光源光源反射反射折射折射 折射折射 镜面折射镜面折射 漫折射漫折射 光照模型光照模型 环境光计算环境光计算光源光源反射反射折射折射环境光环境光 来自环境的漫照射，是一种分布光源。来自环境的漫照射，是一种分布光源。光线被环境经过一系列的反射、折射以后，光线被环境经过一系列的反射、折射以后， 无法准确的定量计算无法准确的定量计算光照模型光照模型 环境光计算环境光计算光源光源反射反射折射折射环境光境光 强度：度：I II K I K I I：环境光境光强度度 白天，黑夜白天，黑夜 K
3、 K：环境光的漫反射系数境光的漫反射系数 晴天、阴天、下晴天、阴天、下雾；0 K 1 0 K 1 光照模型光照模型 点光源计算点光源计算光源光源反射反射折射折射点光源点光源直接入射的光太阳、灯直接入射的光太阳、灯；数量有限，可以准确数量有限，可以准确计算；算；计算算时分分 漫反射、漫反射、镜面反射、折射分面反射、折射分别进展展光照模型光照模型 漫反射漫反射光源光源反射反射折射折射漫反射漫反射光源发出的光穿过物体外表，被吸收后重新光源发出的光穿过物体外表，被吸收后重新发射出来的光。发射出来的光。颜色颜色 物体颜色物体颜色 白光照在蓝色物体，漫白光照在蓝色物体，漫反射光蓝色反射光蓝色光照模型光照模
4、型 漫反射漫反射光源光源反射反射折射折射漫反射漫反射无方向性无方向性光照模型光照模型 漫反射漫反射光源光源反射反射折射折射漫反射漫反射强度度计算算 I IIp Kd cos( )Ip Kd cos( ) I I ：外表反射光的：外表反射光的强度度 Ip Ip ：从点光源：从点光源发出的入射光的出的入射光的强度度 Kd Kd：漫反射系数：漫反射系数0 Kd 1 0 Kd 1 ：入射光与外表法：入射光与外表法线的的夹角角光照模型光照模型 镜面反射镜面反射光源光源反射反射折射折射镜面反射镜面反射光源被物体外表直接反射回来的光。光源被物体外表直接反射回来的光。颜色颜色 光颜色光颜色 白光照在蓝色物体，
5、镜面白光照在蓝色物体，镜面反射光蓝色反射光蓝色光照模型光照模型 镜面反射镜面反射光源光源反射反射折射折射镜面反射镜面反射有方向性有方向性纯镜面纯镜面光滑外表光滑外表 光照模型光照模型 镜面反射镜面反射光源光源反射反射折射折射镜面反射面反射强度度计算算 I IIp Kscos( )Ip Kscos( ) I I ：外表：外表镜面反射光的面反射光的强度度 Ip Ip ：从点光源：从点光源发出的入射光的出的入射光的强度度 Ks : Ks : 镜面反射系数面反射系数 ：视野与外表法野与外表法线的的夹角角n n光照模型光照模型 根本光照模型根本光照模型PhongPhong光照模型光照模型 环境光、漫反射
6、光、境光、漫反射光、镜面反射光三个面反射光三个分量的分量的组合。合。 强度：度：I II I环境光境光 ( I( I漫反射光漫反射光 I I镜面反射光面反射光) )点光源点光源 有多点光源有多点光源时： I II I环境光境光 ( I( I漫反射光漫反射光i i I I镜面反射光面反射光i) i)LRVL：入射光方向：入射光方向单单位矢量位矢量R：反射光方向：反射光方向单单位矢量位矢量V：视视野方向野方向单单位矢量位矢量光照模型光照模型 根本光照模型根本光照模型间隔效隔效应 方向一方向一样，强度一度一样的光，在不同的的光，在不同的间隔有不同的效果。隔有不同的效果。d：视视点与物体点与物体间间隔
7、隔k：光的衰减系数：光的衰减系数光照模型光照模型 根本光照模型根本光照模型颜色确色确实定定 将光源分将光源分为红、黄、黄、蓝R R、GG、B B三基色，分三基色，分别计算各自的算各自的强度：度：红色：色：同理可求得同理可求得绿色和色和蓝色的色的强度。度。三种三种颜色光的色光的强度度进展展调色，得出最色，得出最终的的颜色。色。明暗处置明暗处置 GourandGourand的的明暗明暗处处置置根本思想：根本思想：对亮度作双曲亮度作双曲线性插性插值1(x1, y1)2(x2, y2)3(x3, y3)4(x4, y4)扫描线扫描线 . a . b . p明暗处置明暗处置 GourandGourand
8、的的明暗处置明暗处置法矢量：法矢量：n n 取各个面平均值取各个面平均值n1n1n1n1B .nB =(n1+n2+n3+n4)/4明暗处置明暗处置 GourandGourand的的明暗处置明暗处置缺陷缺陷: (1): (1)马赫景象亮赫景象亮带或黑或黑带 (2) (2)高光高光问题P点点应应有高光，但是有高光，但是A、B、C无无高光，所以高光，所以P点不能点不能够够出出现现高光。高光。DABCP .光线光线明暗处置明暗处置 PhongPhong模型模型根本思想：根本思想： 离散的法向量离散的法向量线性插性插延延续的法向量插的法向量插值函数函数 非非线性的性的强度插度插值公式公式 . p1(x
9、1, y1)2(x2, y2)3(x3, y3)4(x4, y4) . a . b扫描线扫描线na= n1与与n2的的线线性插性插值值；nb= n1与与n4的的线线性插性插值值；np= na与与nb的的线线性插性插值值；透透 明明 根本概念根本概念当光穿当光穿过透明物体透明物体时，会，会发生反射和透射。生反射和透射。交界面交界面外表法线外表法线媒质媒质1媒质媒质2入射光线入射光线反射光线反射光线透射光线透射光线1sin= 2sin1和和2分分别为别为两种媒两种媒质质中的折射率中的折射率透透 明明 根本概念根本概念原来不可原来不可见的物体的物体变成可成可见，可可见的物体的物体变成不可成不可见。折
10、射景象折射景象产生的失真生的失真视野视野透射也有：透射也有：镜面透射和漫透射面透射和漫透射透透 明明 计算算不思索折射和漫透射，可不思索折射和漫透射，可简单地地模模拟透明景象：透明景象：人眼接遭到的人眼接遭到的p点的光亮度由点的光亮度由两部分两部分组成：成：P点反射光能点反射光能 (1-t)IcPt点折射光能点折射光能 tIt所以，所以，I= (1-t)Ic + tItt=0, A物体不透明物体不透明t=1, A物体透明物体透明光源光源人眼人眼BAPPt阴阴 影影 根本概念根本概念景物中没有被光源直接照射到的暗区就是阴影。景物中没有被光源直接照射到的暗区就是阴影。阴影可分阴影可分为本影和半影。
11、本影和半影。光源光源阴阴 影影 多多边形裁剪法形裁剪法根本思想：根本思想：经过光源和光源和视点两次消点两次消隐生成阴影生成阴影光源光源视野野阴阴 影影 Z Z缓缓冲器方法冲器方法根本思想根本思想: (1): (1)相相对于光源作于光源作Z-BufferZ-Buffer处置置 (2) (2)相相对于于ViewView作作Z-BufferZ-Buffer处置置纹纹 理理 根本概念根本概念计算机算机图形学中物体外表形学中物体外表细节成成为纹理。理。外表外表纹理包括理包括颜色色纹理与几何理与几何纹理。理。白色大理石白色大理石栎木栎木斜纹布斜纹布纹纹 理理 纹理映射纹理映射nv纹理空间纹理空间xy图像空
12、间图像空间dAx0y0景物空间景物空间z0ds像素像素普通假定映射函数普通假定映射函数为一个一个线性函数：性函数：=AuB=CvD自然景物模拟自然景物模拟 法向法向扰动法法 由由BlinnBlinn于于19781978年提出，主要用于模年提出，主要用于模拟外表外表凹凸不平的景物，如，果皮、波浪、云彩等。凹凸不平的景物，如，果皮、波浪、云彩等。方法：在外表的每一点上沿其外表法向方法：在外表的每一点上沿其外表法向产生一个新的向量。生一个新的向量。该向量很小，不致向量很小，不致影响外表外形，但影响外表外形，但对外表外表该点点处的法向的法向产生很大的生很大的扰动。自然景物模拟自然景物模拟 碎化外表法碎
13、化外表法利用不利用不规那么的碎片平面来模那么的碎片平面来模拟地形起伏，地形起伏，特特别是岩石多的地形。是岩石多的地形。自然景物模拟自然景物模拟 粒子系粒子系统采用采用许多多简单的微小粒子作的微小粒子作为根本元素来表示根本元素来表示不不规那么模糊物体，如火、云、水、森林等。那么模糊物体，如火、云、水、森林等。反失真技术反失真技术 产生混淆生混淆的的缘由由图形反混淆又称形反混淆又称图形反走形反走样。从信号从信号实际的角度，的角度，图形混淆是由于采形混淆是由于采样频率率过低。低。F(x)Ox采样点采样点采样间隔采样间隔反失真技术反失真技术 反混淆方法反混淆方法第一第一类：提高采：提高采样频率率121242112123212464236963123212464212343 2124686 428639129368412 16 1248639129312343 2124686 42加权表加权表反失真技术反失真技术 反混淆方法反混淆方法第二第二类：用面：用面积采采样替代点采替代点采样CBA按面按面积对物体的光亮度物体的光亮度进展加展加权平均。平均。I=I1A1+ I2A2 + I3A3 + I4A4 + I5A5 +
