第10章真實感圖形繪制

提出問題真實感圖形繪制： 通過綜合利用數(shù)學、物理學、計算機以及心理學等知識在計算機圖形輸出設備上繪制出能夠以假亂真的美麗景象。2025/1/181華中理工大學計算機學院陸楓99-7第10章真實感圖形繪制用計算機生成三維場景的真實圖形，需完成步驟：(1)在計算機中進行場景造型；(2)進行取景變換和透視變換；(3)進行消隱處理；(4)進行真實感圖形繪制2025/1/182華中理工大學計算機學院陸楓99-7真實感圖形繪制即根據(jù)假定的光照條件和景物外觀因素，依據(jù)一定的光照模型，計算可見面投射到觀察者眼中的光強度大小，并將它轉換成適合圖形設備的顏色值，生成投影畫面上每一個象素的光強度，使觀察者產(chǎn)生身臨其境的感覺。2025/1/183華中理工大學計算機學院陸楓99-7

基本概念：光強（度）：描述物體表面朝某方向輻射光的顏色，它既能表示光能大小又能表示其色彩組成的物理量。光照模型（Illuminationmodel），也稱明暗模型，主要用于物體表面某點處的光強度計算。簡單的光照模型復雜的光照明模型2025/1/184華中理工大學計算機學院陸楓99-710.1.1環(huán)境光P點對環(huán)境光的反射強度為2025/1/186華中理工大學計算機學院陸楓99-710.1.2漫反射光2025/1/187華中理工大學計算機學院陸楓99-7

由Lambert余弦定理可得點P處漫反射光的強度為：2025/1/188華中理工大學計算機學院陸楓99-7

若L和N都已規(guī)格化為單位矢量，則：2025/1/189華中理工大學計算機學院陸楓99-7彩色：有多個點光源：2025/1/1810華中理工大學計算機學院陸楓99-710.1.3鏡面反射光鏡面反射情況由Phong模型給出：2025/1/1811華中理工大學計算機學院陸楓99-7若R和V已規(guī)格化為單位矢量，則：

從視點觀察到物體上任一點P處的光強度I應為環(huán)境光反射光強度Ie、漫反射光強度Id以及鏡面反射光的光強度Is的總和：

2025/1/1812華中理工大學計算機學院陸楓99-710.1.4光強衰減一個常用的二次衰減函數(shù)可以表示為：2025/1/1813華中理工大學計算機學院陸楓99-710.1.5顏色為產(chǎn)生彩色的場景，要完成如下兩步：一是選擇一個合適的顏色模型；二是為顏色的三個分量分別建立光照模型。2025/1/1814華中理工大學計算機學院陸楓99-710.2基于簡單光照模型的多邊形繪制10.2.1恒定光強的多邊形繪制

只用一種顏色繪制整個多邊形：任取多邊形上一點，利用簡單光照模型計算出它的顏色，該顏色即是多邊形的顏色。2025/1/1815華中理工大學計算機學院陸楓99-710.2.2Gouraud明暗處理Gouraud明暗處理方法，又稱為亮度插值明暗處理，它通過對多邊形頂點顏色進行線性插值來繪制其內部各點。用Gouraud明暗處理來進行多邊形繪制時需進行三個步驟： 1.計算每個多邊形頂點處的平均單位法矢量 2.對每個頂點根據(jù)簡單光照模型來計算其光強。 3.在多邊形表面上將頂點強度進行線性插值。2025/1/1816華中理工大學計算機學院陸楓99-710.2.3Phong明暗處理Phong明暗處理方法由PhongBuiTuong提出，又稱為法矢量插值明暗處理，它對多邊形頂點的法矢量進行插值以產(chǎn)生中間各點的法矢量。Phong明暗處理的基本步驟是： 1.計算每個多邊形頂點處的平均單位法矢量。 2.用雙線性插值方法求得多邊形內部各點的法矢量。 3.最后按光照模型確定多邊形內部各點的光強。2025/1/1817華中理工大學計算機學院陸楓99-710.3透明處理2025/1/1818華中理工大學計算機學院陸楓99-72025/1/1819華中理工大學計算機學院陸楓99-72025/1/1820華中理工大學計算機學院陸楓99-710.4產(chǎn)生陰影

從理論上來說，從視點以及從光源看過去都是可見的面不會落在陰影中，只有那些從視點看過去是可見的，而從光源看過去是不可見的面，肯定落在陰影之內。2025/1/1821華中理工大學計算機學院陸楓99-710.5模擬景物表面細節(jié)顏色紋理：通過顏色色彩或明暗度的變化體現(xiàn)出來的表面細節(jié)。幾何紋理：由于不規(guī)則的細小凹凸造成的。顏色紋理取決于物體表面的光學屬性，而幾何紋理由物體表面的微觀幾何形狀決定。2025/1/1822華中理工大學計算機學院陸楓99-710.5.1用多邊形模擬表面細節(jié)

簡單地模擬景物表面細節(jié)的方法是用多邊形，稱為表面圖案多邊形，來模擬紋理的結構和模式。2025/1/1823華中理工大學計算機學院陸楓99-710.5.2紋理的定義和映射2025/1/1824華中理工大學計算機學院陸楓99-72025/1/1825華中理工大學計算機學院陸楓99-710.5.3凹凸映射

1978年，Blinn提出了一種無需修改表面幾何模型，即能模擬表面凹凸不平效果的有效方法——凹凸映射技術(BumpMapping)。2025/1/1826華中理工大學計算機學院陸楓99-710.6整體光照模型與光線跟蹤10.6.1整體光照模型

能同時模擬光源和環(huán)境照明效果的光照模型稱為整體光照模型。整體光照模型的典型代表是Whitted模型及輻射度模型。2025/1/1827華中理工大學計算機學院陸楓99-710.6.2Whitted光照模型Whitted光照模型：2025/1/1828華中理工大學計算機學院陸楓99-710.6.2光線跟蹤算法2025/1/1829華中理工大學計算機學院陸楓99-72025/1/1830華中理工大學計算機學院陸楓99-710.6.3光線跟蹤反走樣將光線跟蹤算法與過采樣方式結合起來，可歸納如下：1.對每一象素的角點計算光線跟蹤的光強。2.比較象素四個角點的光強，確定要進行細分的象