1、第9章 虛擬產(chǎn)品造型的理論基礎(chǔ),9.1 簡介 9.2 圖形消隱技術(shù) 9.3 光照模型 9.4 多邊形表示物體的光滑明暗處理 9.5 高度真實(shí)感圖形的生成技術(shù) 9.6 需要補(bǔ)充說明的問題,CAD造型技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向是虛擬產(chǎn)品造型。傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，常需要制作產(chǎn)品零件模型來檢查設(shè)計(jì)效果。如采用虛擬產(chǎn)品技術(shù)，用計(jì)算機(jī)生成真實(shí)感圖形，就可以方便地在屏幕上以各種角度顯示產(chǎn)品的真實(shí)視圖，并直接對外形進(jìn)行交互式的修改，這種技術(shù)可以代替實(shí)物模型的制作。,9.1 簡介,三種表現(xiàn)形體的方式： 線框圖、消隱圖和真實(shí)感圖。,三維形體,觀察空間的定義及轉(zhuǎn)換,三維裁剪,投影,線框圖,消隱,投影,消隱圖,消隱,光照效果生

2、成,投影,真實(shí)感圖,9.2 圖形消隱技術(shù),圖形消隱的必要性：,消隱與消隱圖、,立方體的線框圖,從右上方觀察,從左下方觀察,線消隱與面消隱：,9.2.1 引言,面的可見性是相對于觀察位置而言的，不是絕對的。,A,B,C,D,V1,V2,V3,觀察點(diǎn)的位置影響可見性,9.2.2 深度比較,以下假定消隱算法都是在規(guī)范化觀察坐標(biāo)系中進(jìn)行的，即所有坐標(biāo)(x,y,z)都是在規(guī)范化觀察坐標(biāo)系中定義的。 任何表面消隱算法必須從透視投影的投影中心或沿著平行投影的投影方向確定哪些邊和哪些面是可見的。即沿著每條投影線確定最近的可見邊與可見面。 可見性問題可歸結(jié)為：給定兩點(diǎn)P1(x1,y1,z1)和P2(x2,y2,

3、z2)，一個(gè)點(diǎn)是否遮擋另一點(diǎn)？這可通過以下兩步進(jìn)行解答： （1） P1和P2是否在同一投影線上？ （2） 若不是，則任何一個(gè)都不遮擋另一個(gè)。如果是，通過深度比較可確定哪個(gè)點(diǎn)在另一個(gè)點(diǎn)的前面。,深度比較算法： （1）對于在xy平面上的正交平行投射，如果x1=x2， y1=y2，則 P1和P2在同一投影線上。在這種情況下，深度比較歸結(jié)為比較z1和z2。如果z1z2，則P1遮擋P2。 （2）對于透視投影，計(jì)算更為復(fù)雜（見習(xí)題9-1）。但這一困難可通過以下方法加以克服：,P2(x2,y2,z2),P1(x1,y1,z1),y,x,z,C,P2(x2,y2,z2),P1(x1,y1,z1),y,x,z,

4、正交平行投影,透視投影,如果原物體位于規(guī)范化的透視投影空間中，則規(guī)范化的變換矩陣NTp可將規(guī)范化的投影觀察體變換為單位,立方體：,。我們稱該立方體,為規(guī)范化顯示空間（normalized display space）。,f: 前截面的位置,重要性質(zhì)： （1）該變換保持線、面與深度關(guān)系。 （2）被變換物體的平行投射等價(jià)于原物體的透視投射。,1,f,y=z,前截面,x=z,x=-z,y=-z,投影中心,x,z,y,1,1,1,前截面,后截面,x,y,z,NTp變換,如果顯示設(shè)備具有顯示坐標(biāo)HV，則應(yīng)用比例變換矩陣SH,V,1可將規(guī)范化的顯示空間,變換成區(qū)域,。該區(qū)域稱,為顯示空間（display

5、space）。,SH,V,1變換,1,1,1,前截面,后截面,x,y,z,前截面,后截面,H,V,1,x,y,z,為顯示變換（display transform）。,稱,規(guī)范化透視投影空間,NT p,規(guī)范化顯示空間,SH,V,1,顯示空間,三維裁剪,SH,V,1,顯示空間,規(guī)范化平行投影空間,三維裁剪,對以下消隱算法，我們總是在顯示空間處理平行投影。消隱算法可分為兩大類。 （1） 物體空間的消隱算法 物體空間是指物體所在的空間，即規(guī)范化投影空間或顯示空間。物空間消隱算法是通過三維空間物體的有關(guān)幾何元素進(jìn)行比較，確定可見的線(面)和隱藏的線(面)，然后繪出可見的線(面)而略去隱藏的線(面)來實(shí)現(xiàn)

6、消隱。 算法特點(diǎn)：精度高，不受顯示器分辨率的影響，但計(jì)算時(shí)間與物體的復(fù)雜度有關(guān)。,9.2.3 消隱算法,（2） 圖像空間的消隱算法 圖像空間是相對于物體空間而言的，在消隱算法中，圖像空間就是屏幕坐標(biāo)空間。一般地，空間被消隱的對象可看作是由若干個(gè)多邊形面片組成的集合，圖像空間的消隱算法對每個(gè)像素進(jìn)行判斷，根據(jù)在圖像像素點(diǎn)上各投影之間的關(guān)系確定哪些線(面)在該像素上顯示，從而實(shí)現(xiàn)消隱。 算法特點(diǎn)：只能以與顯示器分辨率相適應(yīng)的精度來完成，使得這種方法不夠精確。 一般地，大多數(shù)隱藏面消除算法用像空間法，而大多數(shù)隱藏線消除算法用物空間法。,1. 消隱算法中的基本測試方法,基本測試方法包括： 最小最大測試

7、 這種測試也叫重疊測試或邊界盒測試，用來檢查兩個(gè)多邊形是否重疊。 包含性測試 檢查一個(gè)給定點(diǎn)是否位于給定的多邊形或多面體內(nèi)。 深度測試 用來測定一個(gè)物體遮擋另外物體的基本方法。 可見性測試 用來確定景物中潛在的可見部分。,最小最大測試方法可分以下步驟完成： (1)多邊形外接矩形的相交檢測 多邊形外接矩形指的是以多邊形所有頂點(diǎn)x值的最小值xmin、最大值xmax為左、右邊，以y值的最小值ymin、最大值ymax為下、上邊的矩形。如下圖所示，多邊形包含在其外接矩形之內(nèi)。若此兩個(gè)多邊形不相交，則此兩多邊形不可能重疊。矩形不相交的檢測，只要滿足下列條件之一，則不可能相交：,A,B,多邊形之間的相交檢測

8、 當(dāng)多邊形外接矩形相交時(shí)，要判定多邊形是否重疊，需要對各邊進(jìn)行求交運(yùn)算。在對邊做求交運(yùn)算之前，還可以使用邊的外接矩形相交檢測來排除大量不相交的情況。 在下圖中，只有c 邊和g 邊以及f 邊和g 邊的外接矩形相交，兩個(gè)多邊形之間其他邊均不可能相交。 判定c 和g 或者f和g 是否相交，需要通過線段求交運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。,i,j,h,g,c,d,e,f,線段的外接矩形,設(shè)線段1的端點(diǎn)為p11(x11,y11)和p12(x12,y12)，則其參數(shù)方程為:,設(shè)線段2的端點(diǎn)為p21(x21,y21)和p22(x22,y22)，則其參數(shù)方程為:,P11,P12,P21,P22,P11,P12,P21,P22,(

9、a)交點(diǎn)在線段內(nèi),(b)交點(diǎn)在線段外,設(shè),則直線相交的條件為:,參數(shù)t1和t2為:,根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)是否都在0與1之間確定交點(diǎn)是否在線段的內(nèi)部。,2. 深度緩存算法Z-Buffer算法 檢測可見面的一種常見的圖像空間方法是深度緩存法(depth-buffer method)。如下圖，在屏幕觀察坐標(biāo)系中，Z軸方向?yàn)橛^察方向，過屏幕上任意像素點(diǎn)P(i,j)做平行于Z 軸的射線R， 該射線與物體的表面相交于某些點(diǎn)，這種方法通過比較這些交點(diǎn)處的深度值(即Z坐標(biāo)值)來確定物體表面之間的遮擋關(guān)系。如下圖中P1點(diǎn)遮擋P2點(diǎn)。,顯示空間中的物體,R,H,i,O,V,x,y,z,j,P(i,j),P1,P2,屏幕

10、(投影平面),屏幕觀察坐標(biāo)系,深度緩存消隱算法需要比較每個(gè)像素點(diǎn)上相應(yīng)物體表面點(diǎn)的Z值。因此，它需要一個(gè)與屏幕上像素個(gè)數(shù)一樣的緩存，用于存放物體表面點(diǎn)的深度信息。由于每點(diǎn)的深度信息是由該點(diǎn)處的Z坐標(biāo)值確定的，因此這種方法也稱為z-緩存方法(z-buffer method)。 該算法通常用于僅包含多邊形表面的物體，因?yàn)樵谶@種情況下深度值能夠快速計(jì)算，相應(yīng)地Z-buffer算法易于實(shí)現(xiàn)。這種方法也能夠應(yīng)用于非平面表面的物體。,算法過程如下: （1）對景物中的每個(gè)多邊形，找到當(dāng)多邊形投影到平面屏幕時(shí)位于多邊形內(nèi)或邊界上的所有像素(i, j) ；（注：可利用多邊形掃描算法。） （2）在每個(gè)像素(i,

11、j)處計(jì)算多邊形的深度Z，并與Z緩存區(qū)相應(yīng)單元的當(dāng)前值比較，如果前者小于后者，則用Z值更新Z緩存區(qū)的相應(yīng)單元，同時(shí)用該點(diǎn)處的光亮度值更新幀緩存區(qū)的相應(yīng)單元。 （3）當(dāng)所有的多邊形被處理完畢，幀緩存區(qū)中保留的是已消隱的最終結(jié)果。,深度緩存算法Zbuffer() : /初始化深度緩存ZB和幀緩存FB. ZB(i,j)=1(即顯示空間中的最大z值); FB(i,j)=背景色. i=0,1,H-1;j=0,1,V-1 for(每一個(gè)多邊形) / 掃描轉(zhuǎn)換該多邊形 for(該多邊形所覆蓋的每個(gè)像素(i,j) 計(jì)算多邊形在該像素的深度值z(i,j); if(z(i,j)ZB(i,j) ZB(i,j)= z

12、(i,j); FB(i,j)=多邊形在(i,j)處的亮度值. , 當(dāng)所有多邊形表面處理完后，深度緩存包含了所有可見表面的深度值，而幀緩存FB(i, j)包含的是那些表面相應(yīng)的亮度值。將FB(i, j)的值送到顯示器就能得到消隱后的三維圖形的投影圖。 該算法的最大優(yōu)點(diǎn)是其簡單性，它不需要在 x,y,z方向上進(jìn)行任何排序，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是便于硬件實(shí)現(xiàn)。 其代價(jià)是需要增加一個(gè)與幀緩存大小相同的深度緩存。,算法的優(yōu)化: (1) 對每個(gè)多邊形，確定y 坐標(biāo)的范圍，從頂部掃描線到底部掃描線順次處理該多邊形。 (2) 利用同一掃描線上深度值的相關(guān)性計(jì)算深度值。 多邊形表面上點(diǎn) (i,j ) 的深度值可通過平面方

13、程計(jì)算如下:,x,y,i,i+1,j,top scan line,假設(shè)掃描線y=j+1與多邊形左邊的交點(diǎn)為(x j+1,j+1),該點(diǎn)處的深度值為z (x j+1,j+1)，則下一條掃描線y=j與該多邊形左邊的交點(diǎn)為(x j,j)，其中,可以算出，,如果處理的是垂直邊，它的斜率是無窮的，則遞歸計(jì)算公式為：,（3） 利用邊的相關(guān)性計(jì)算深度值,x,y,xj,j,j+1,top scan line,xj+1,討論 一般地，深度緩存消隱算法指我們上面所描述的方法，其基本處理過程是： 對物體中每個(gè)多邊形表面，可結(jié)合掃描線算法對其覆蓋像素區(qū)域中的每個(gè)像素進(jìn)行深度比較等處理。 現(xiàn)介紹一種方法，試比較這兩種方

14、法的異同： 設(shè)顯示屏幕分辨率為HV，有L個(gè)多邊形，則Z-buffer算法可用如下偽語言描述： for(j=0,jV,j+) for(i=0,iH,i+) /初始化深度緩存ZB和幀緩存FB， ZB(i,j)=1(即顯示空間中的最大z 值);,FB(i,j)=背景色 For(j=0,jV,j+) /可看成為第j個(gè)掃描線 for(i=0,iH,i+) for(k=0,kL,k+) if(像素點(diǎn)位于多邊形k在XOY的投影區(qū)內(nèi)) 計(jì)算多邊形k在該點(diǎn)的深度值z(i,j); if(z(i,j)ZB(i,j) ZB(i,j)= z(i,j); FB(i,j)=第k個(gè)多邊形在(i,j)處的亮度值 ,3. 掃描線

15、算法簡介 掃描線通常指屏幕上的一行像素。掃描線算法是每次只對一條掃描線進(jìn)行消隱處理的一種最簡單的算法。其思路是，在一系列測試過程中，找到過像素點(diǎn)投影線最先相交的形體表面點(diǎn)的光亮度，作為像素值。 與Z緩存算法不同的是，掃描線算法只設(shè)置一行像素點(diǎn)的幀緩存和Z緩存，因此它的測試順序只能按掃描線逐行進(jìn)行，每生成一行消隱后的像素?cái)?shù)據(jù)就顯示一行或存儲(chǔ)一行。,9.3 光照模型,9.3.1 簡介 在消隱算法中，多邊形的顏色是如何得到的? 最簡單的兩種方法是： （1）當(dāng)像素點(diǎn)是多邊形的邊界時(shí)，用前景色；當(dāng)像素點(diǎn)在多邊形的內(nèi)部時(shí)，用背景色。由此可得到消隱后的線框圖。 （2）預(yù)先給每個(gè)多邊形賦予一種顏色，這樣可得到

16、一幅彩色填充圖。 但多邊形之間及多邊形內(nèi)部沒有均勻的顏色過渡。,為進(jìn)一步增強(qiáng)圖形的真實(shí)感，要使計(jì)算機(jī)生成的圖形具有以下特點(diǎn)： （1）反映物體表面顏色與亮度的細(xì)微變化； （2）反映物體表面的質(zhì)感； （3）充分體現(xiàn)物體之間的遮擋關(guān)系； （4）能模擬透明物體的透明效果。,影響物體外觀的因素： （1）幾何形狀； （2）表面特性，如材料的粗糙度、表面顏色和紋理等； （3）照射物體的光源； （4）物體與光源的相對位置； （5）物體周圍的環(huán)境。,用計(jì)算機(jī)在圖形設(shè)備上生成連續(xù)色調(diào)的真實(shí)感圖形必須完成四個(gè)基本任務(wù)。第一，用數(shù)學(xué)方法建立所需三維場景的幾何描述，并將它們輸入到計(jì)算機(jī)；第二，將三維幾何描述轉(zhuǎn)換為二維透

17、視圖；第三，確定場景中的所有可見面； 第四，計(jì)算場景中可見面的顏色，嚴(yán)格地說，就是根據(jù)基于光學(xué)物理的光照模型計(jì)算可見面投射到觀察者眼中的光亮度大小和色彩分量，并將它轉(zhuǎn)換成適合圖形設(shè)備的顏色值，從而確定投影畫面上每一像素的顏色，最后生成圖形。,屏幕,像素,景物,可見點(diǎn),觀察者,當(dāng)光照射到一個(gè)物體表面上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)三種情況。首先，光可以通過物體表面向空間反射，產(chǎn)生反射光；其次，對于透明體，光可以穿透該物體并從另一端射出，產(chǎn)生透射光；最后，部分光將被物體吸收而轉(zhuǎn)換成熱。在上述三部分光中，僅僅是透射光和反射光能夠進(jìn)入人眼產(chǎn)生視覺效果。因此，物體表面的反射光和透射光決定了物體呈現(xiàn)的顏色。物體表面向空間給定

18、方向輻射的光亮度可應(yīng)用光照模型進(jìn)行計(jì)算。 這里我們重點(diǎn)討論不包括透射光的簡單光照明模型。該模型僅考慮光源照射在物體表面產(chǎn)生的反射光，所生成的圖形可以模擬出不透明物體表面的明暗過渡，具有一定的真實(shí)感效果。,9.3.2 Phong模型 這里將給出一個(gè)簡單但實(shí)用的光照明模型。假設(shè)物體不透明，光源為點(diǎn)光源，且環(huán)境由白光照明，那么，物體表面呈現(xiàn)的顏色僅由其反射光決定。 通常，人們將反射光考慮成三個(gè)分量的組合。這三個(gè)分量分別是環(huán)境反射、漫反射和鏡面反射。 環(huán)境反射分量假定入射光均勻地從周圍環(huán)境入射至景物表面并等量地向各個(gè)方向反射出去，而漫反射分量和鏡面反射分量則表示特定光源照射在景物表 面上產(chǎn)生的反射光。

19、,問題：從視點(diǎn)V 觀察物體表面上的點(diǎn)Q，Q點(diǎn)的顏色是什么?亦即Q點(diǎn)沿向量V 的方向反射到我們眼中的光的顏色是什么? 漫反射： 來自點(diǎn)光源的光能沿各個(gè)方向均勻反射。 我們希望漫反射光是入射角 的函數(shù)，角度越小，反射的能量越多。 可用朗伯余弦定理來計(jì)算漫反射光的光亮度。即對于一個(gè)漫反射體，表面的反射光亮度和光源入射角（入射光線和表面法向量的夾角）的余弦成正比。,Q,N,L,R,V,View Point,表面法向,反射方向,鏡面反射: 用于模擬物體的 高光性質(zhì)。若物體表面是理想的鏡面，則鏡面反射光遵守光的反射定律，因此反射光僅沿著R方向反射。 對于一般的光滑表面，其鏡面反射光分布于表面鏡面反射方向的

20、周圍，如在以R為中心的錐形體內(nèi)分布。實(shí)用時(shí)，常采用余弦函數(shù)的冪次 來模擬一般光滑表面的鏡面反射光的空間分布。 其中自然數(shù)k 提供了一種簡單的方式模擬物體的光潔度(shininess)，k 也稱為鏡面反射光的會(huì)聚系數(shù)。,Q,N,L,R,V,View Point,表面法向,反射方向,環(huán)境反射：物體表面除受特定光源照射外，還受到從周圍環(huán)境來的反射光（如來自地面、天空、墻壁的反射光)的照射。由于假設(shè)環(huán)境光是沿各個(gè)方向均勻反射的，故可用一常數(shù)來表示。 如前所述，表面反射光可認(rèn)為是環(huán)境反射、漫反射、鏡面反射三分量的組合。對于一特定的物體表面，這三種分量所占的比例具有一定的值。令ka,kd,ks分別表示環(huán)境

21、反射、漫反射、鏡面反射分量的比例系數(shù)，則一個(gè)實(shí)用的光照明模型（Phong模型）可表示如下：,其中，Ia表示環(huán)境光光亮度；Ip表示點(diǎn)光源的光亮度；,反射系數(shù),分別表示物體表面反射環(huán)境,光、產(chǎn)生漫反射和鏡面反射的能力。,如果L,N,R和V 都是單位向量，則,當(dāng)場景中存在兩個(gè)或更多的光源時(shí)，光亮度計(jì)算公式為：,這些公式通常與RGB顏色模型一起使用。 所以光亮度表示為RGB顏色分量，如I=(Ir,Ig,Ib)。反射系數(shù)也是三維向量。例如，當(dāng)用白光照射時(shí)，kd=(0.7,0.7,0.3)定義了 一個(gè)呈黃色的表面。環(huán)境反射系數(shù)ka可簡單地取為kd。ks的三個(gè)分量通常取等值，以使高光處的顏色與光源本身的顏色

22、相同。亦即，用鏡面反射產(chǎn)生的高光點(diǎn)模擬光源的顏色，而通過設(shè)置漫反射系數(shù)kd的RGB的三個(gè)分量的值改變物體的顏色。,對于白色光源，單個(gè)點(diǎn)光源的計(jì)算公式為：,在實(shí)際應(yīng)用中，由于計(jì)算R與V的內(nèi)積不方便（見本章選做題），常用N與H的內(nèi)積來代替。這里H為沿L和V的角平分線的單位向量，可理解為朝觀察方向產(chǎn)生鏡面反射的虛擬表面的法向量，如下圖所示。,N,L,H,V,L與V的角平分向量H,Phong模型的特點(diǎn)： 它是模擬物體表面反射光的一個(gè)非常高效的方法，在實(shí) 際中獲得了廣泛的應(yīng)用。 它是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?盡管它遵從了一些物理定律， 但大 部分是基于對客觀現(xiàn)象的觀察。 它是一個(gè)局部光照模型，因?yàn)樗鼉H考慮了光源直

23、接照射 在景物表面上產(chǎn)生的反射光能。,9.4 多邊形表示物體的光滑明暗處理 本節(jié)考慮光照模型在繪制標(biāo)準(zhǔn)圖形時(shí)的應(yīng)用，其中標(biāo)準(zhǔn)圖形是指由多邊形表面構(gòu)成的圖形。 標(biāo)準(zhǔn)圖形通常是曲面體的多邊形網(wǎng)格逼近，但它本身也可以是一個(gè)多面體，而非曲面體的逼近。 通常將掃描線算法與光照模型相結(jié)合，以如下兩種方法之一繪制多邊形表面： 每個(gè)多邊形內(nèi)部都用單個(gè)光亮度填充，不同的多邊形可以采用不同的顏色。 每個(gè)多邊形表面上每點(diǎn)的光亮度值通過插值方案獲得。,9.4.1 常量光亮度明暗法(Constant-intensity Shading) 在這種方法中，對每個(gè)多邊形計(jì)算其中一個(gè)點(diǎn)的光亮度，然后將該多邊形表面上每個(gè)點(diǎn)用相同

24、的光亮度值顯示。這種方法可用于快速顯示曲面體的外觀。 當(dāng)光源和視點(diǎn)離物體足夠遠(yuǎn)時(shí)，常量明暗法可產(chǎn)生好的顯示效果。 這種方法的缺點(diǎn)是相鄰多邊形表面之間光亮度和顏色的不連續(xù)性，此外就是高光問題：若所計(jì)算的那點(diǎn)不在高光處，則難以生成高光效果；而若剛好取到高光點(diǎn)，則又會(huì)使這個(gè)效果失真。,9.4.2 Gouraud明暗處理技術(shù) 基本思想： 對離散的光亮度采樣做雙線性插值以獲得一連續(xù)的光亮度函數(shù)。 基本目標(biāo)：用于解決多邊形之間亮度和色彩的光滑過渡問題。 具體方法： 對每個(gè)多邊形表面進(jìn)行以下計(jì)算： (1) 計(jì)算每個(gè)多邊形的法向； (2) 由與多邊形頂點(diǎn)相鄰的所有多邊形的法向量求平均并單位化， 得到每個(gè)頂點(diǎn)的

25、平均單位法向量； (3) 應(yīng)用光照模型計(jì)算每個(gè)多邊形頂點(diǎn)處的光亮度； (4) 利用雙線性插值，求出多邊形內(nèi)部各點(diǎn)的光亮度。, 插值算法 雙線性插值過程可以與掃描線消隱算法結(jié)合起來，先由頂點(diǎn)的亮度值線性插值出各邊的光亮度值，然后由各邊的光亮度值線性插值出多邊形內(nèi)各點(diǎn)的亮度值。,V,N1,N2,N3,N4,NV,頂點(diǎn)處法向量的確定,頂點(diǎn)處法向量的確定,1,2,3,4,5,P,x,y,利用相關(guān)性提高計(jì)算效率： 1. 利用掃描線之間的相關(guān)性,I1,y,I2,掃描線,I,I,x,x+1,y-1,若,則,2. 利用同一掃描線上像素間的相關(guān)性,若,則,1,2,3,4,5,P,xp,P,xp+1,算法特點(diǎn)：

26、（1）克服了多邊形填充算法存在的多邊形之間亮度的不連續(xù)過渡以及多邊形域內(nèi)亮度單一的問題； （2）與直接用Phong光照模型計(jì)算表面上每點(diǎn)的光亮度相比，計(jì)算速度大大提高； （3）高光效果不理想，主要表現(xiàn)在高光域的形狀不夠完整； （4）沒有完全消除馬赫帶效應(yīng)。所謂馬赫帶效應(yīng)是指肉眼感覺到的亮度變化比實(shí)際的亮度變化要大，亦即光亮度變化率不連續(xù)的邊界呈現(xiàn)亮帶或黑帶。,9.4.3 Phong明暗處理技術(shù) 如前所述，盡管Gouraud明暗處理簡單易行，但它不能正確模擬高光，還會(huì)產(chǎn)生馬赫帶效應(yīng)等問題。克服這些缺點(diǎn)的另一種方法是采用Phong明暗處理。 基本思想： 對離散的法向量采樣作雙線性插值，構(gòu)造一個(gè)連續(xù)

27、的法向量函數(shù)，將這一法向量插值函數(shù)代入光亮度計(jì)算公式，即得到一個(gè)非線性的光亮度插值公式。,V1,V2,V3,N1,N2,N3,Nb,Np,Na,a,p,b,掃描線,算法特點(diǎn)： 大大減少了馬赫帶效應(yīng)，產(chǎn)生出真實(shí)的高光效果；但計(jì)算量較大。,9.5 高度真實(shí)感圖形的生成技術(shù) 1. 光透射模型,模擬透明體在光照下的透明效果。 如右圖， 若A為透明體， 則P點(diǎn)向觀察者發(fā)出的光亮度除了光源在P點(diǎn)的反射光能外，還包括物體B上Q點(diǎn)傳送到P點(diǎn)的透射光亮度。,P,A,B,Q,一般地，把模擬直接光照的模型稱為局部光照模型，它由環(huán)境光、漫反射光、鏡面反射光和透射光四部分組成。,2. 整體光照模型,B,A,V,如右圖所示，設(shè)B是鏡面物體,在視點(diǎn)V 所見到的物體表面A點(diǎn)的亮度，一部分是從光源直接照射到A點(diǎn)，經(jīng)漫反射和鏡面反射到達(dá)A點(diǎn)的光強(qiáng)；另一部分是物體表面上B點(diǎn)對光源的反射光，再經(jīng)A點(diǎn)反射到B的光強(qiáng)。,一般地， 局部光照模型與整體光照模型結(jié)合起來，就可以全面反映物體表面上點(diǎn)的光強(qiáng)。,光線跟蹤算法 光線跟蹤是一種高度真實(shí)感圖形繪制技術(shù)。其巨大潛力在于它能夠模仿自然界中光的傳播，并在景物空間求解；其主要缺點(diǎn)是計(jì)算量大。 4. 陰影生成 陰影是指景物中那些沒有被光源直接照射到的暗區(qū)。 在計(jì)算機(jī)生成的真實(shí)感