第八章++真实感图形绘制.ppt

第十二讲真实感图形绘制简单光照明模型多边形绘制方法表面细节模拟透明整体光照明模型 1 ?现实世界中,物体所表现的颜色都是光能作用的结果。客观世界中的物体都不同程度地具有发射光线、吸收光线、反射光线和透射光线的能力。光线照射到物体表面时,一部分被吸收并转化为热能,其余部分被则反射或透射。正是部分反射或透射的光线被眼睛接收后,我们才感觉到物体的存在及其所特有的形状和色彩。因此,要绘制高度真实感图形,就必须定义场景中的光源。为了便于计算,我们必须定量地描述光的多少或强弱,亮度和强度就是用来定量描述光的两个基本概念。 2 ?物体表面光的亮度是指单位投影面积在单位立体角内发出的光的能量,它是物体表面上的小面元所具有的性质。对点光源常用强度来代替亮度。强度是指点光源在单位立体角内发出的光能。同样大小的被照射面离光源越远,接收到的光能就越少。光的传播服从反射定律和折射定律,光源与物体所表现颜色的关系可通过光照模型来模拟。 3 ?物体所表现的颜色与光源有密切的关系。光照模型的作用就是计算物体可见表面上每个点的颜色与光源的关系,因此它是决定图形真实感的一项重要内容。物体表面发出的光是极其复杂的,它既与环境中光源的数目、形状、位置、光谱组成和光强分布有关,也与物体本身的反射特性和物体表面的朝向有关,甚至还与人眼对光线的生理和心理视觉因素有关。把这一切都通过计算机精确地计算出来是不现实的,我们只能用尽可能精确的数学模型——光照模型来模拟光和物体的相互作用,从而近似地计算物体可见表面每一点的亮度和颜色。 4 简单光照明模型光照射到物体表面,主要发生: 反射透射(对透明物体) 部分被吸收成热能反射光,透射光决定了物体所呈现的颜色 5 简单光照明模型假定物体是不透明的(即无透射光) ?环境光: 在空间中近似均匀分布,即在任何位置、任何方向上强度一样,记为 I a ?环境光反射系数 K a: 在分布均匀的环境光照射下, 不同物体表面所呈现的亮度未必相同,因为它们的环境光反射系数不同。?光照明方程(仅含环境光): I e = K aI a I e为物体表面所呈现的亮度。 6 简单光照明模型?点光源的照射: 照在物体的不同部分其亮度也不同, 亮度 Ip的大小依赖于物体的朝向及它与点光源之间的距离. ?漫反射(diffuse reflection): 粗糙、无光泽的表面对光的反射?朗伯余弦定律: I d = I pK d cos a 漫反射光的强度只与入射角有关?光照明方程(含环境光与漫反射光) I = I e + I d = I aK a + I pK d cos a 78 简单光照明模型?镜面反射: 光滑表面, “高光”效果;理想反射面与非理想反射面? Phong 模型?光照明方程 9 10