第11讲 颜色视觉

1、知识单元二1 掌握直线段的生成算法（DDA和Bresenham）；2 掌握圆弧的扫描转换算法(中点画圆法)；3 掌握多边形的扫描转换算法(扫描线算法 边界标志算法)4掌握区域填充算法(递归算法 扫描线算法)5掌握裁剪算法（Cohen-Sutherland线段裁剪算法中点分割线段裁剪算法、Sutherland-Hodgeman多边形裁剪算法）6消隐（掌握消隐基本概念、掌握画家消隐算法和Z缓冲区消隐算法）7坐标变换（掌握齐次坐标表示方法、二维变换法及复合变换方法）1（ ）生成算法是二维图形生成技术的基础。 A 直线 B圆 C曲线 D椭圆2 写出边界表示的四连通区域的递归填充算法3 在多边形的逐边裁

2、剪法中,对于某条多边形的边(方向为从端点S到端点P)与某条裁剪线(窗口的某一边)的比较结果共有四种情况，如果S和P均在可见的一侧，则A 输出S点和P点。 B输出P点。 C 输出线SP与裁剪线的交点。D输出线段SP与裁剪线的交点和P点。4、以下有关Z-Buffer消隐算法正确说法的是（）。A：Z-Buffer算法的Z缓冲区中每个单元的值对应像素点背景颜色的值B：Z-Buffer算法的Z缓冲区中每个单元的值对应像素点颜色的值C：Z-Buffer算法的Z缓冲区中每个单元的值对应像素点的深度值D：Z-Buffer算法的帧缓冲区中每个单元的值对应像素点的深度值实验二n实验题目基本图形绘制n实验目的掌握基

3、本图形绘制方法n实验内容：要求：（1）采用DDA算法画直线（2）采用Bresenham算法画直线（3）采用中点画圆法画圆n上交：实验报告（纸质）代码（电子）实验三 n实验题目n图形绘制算法实现n实验目的n掌握绘制算法设计与实现n上交：n实验报告（纸质）、代码（电子）n实验内容：要求：从以下算法中选择其中一个进行算法设计与实现（抽签决定）n1多边形扫描线算法n2多边形边界标志算法n3区域填充递归算法n4区域填充扫描线算法n5Cohen-Sutherland线段裁剪算法n6中点分割线段裁剪算法n7梁友栋裁剪算法n8Sutherland-Hodgeman多边形裁剪算法n9画家消隐算法n10Z缓冲区消

4、隐算法n11光线投射消隐算法n12区域子分割消隐算法n13二维坐标变换（平移、旋转、缩放、对称、错切、复合）n学号1，14，27做同一道题n学号2，15，28做同一道题n3，16，29n4，17，30n5，18n6，19n7，20n8，21n9，22n10，23n11，24n12，25n13，26研讨课n内容：算法实现n包括：阐述算法的实现，关键代码说明，程序演示n自愿+指定（共10人）n时间：第8周综合项目n项目题目1 图形绘制系统2 真实感图形绘制要求：任选其一提交：项目文档，源程序答辩定于第12周1图形绘制系统实现功能：（1）图形绘制（直线、圆、多边形、曲线）（2）区域填充（3）图形变换

5、（4）人机交互2真实感场景绘制实现功能：（1）基本的实体元素（2）光照效果和纹理功能（3）交互功能知识单元三 真实感图形学n 真实感图形学研究什么？n 早期，计算机的速度，使人们满足于线框图n 1967年， Wylie开始了用计算机生成真实感 图形的探索。n 21世纪，图形无所不在！真实感图形学n计算机图形学的另一大任务是对所表示的三维场 景产生真实感效果。n它在计算机辅助多媒体教育、科学计算可视化、动画制作、电影特技模拟、计算机游戏等教学、工作和生活中的许多方面均发挥了重要的作用。n光照模型及真实感图形的输出研究也成为计算机图形学中一个最重要的组成部分之一。真实感图形学n人们观察世界时，依靠

6、的是从物体表面发射或反射出的光线。n当物体的几何形态确定之后，光照决定了整个场景的显示结果。n因此，真实感图形的生成取决于如何建立一个合适的光照模型 （ illumination model）。真实感图形学n建立一个能模拟真实世界的光照模型相当困难n在计算机图形学的应用中，一般没有必要，也不可能精确地模拟光的所有物理性质n只要从某种程度上进行模拟即可，当然，其底线是避免由于近似而造成观察者对形体表示上的混淆。真实感图形学真实感图形学颜色视觉n基本概念n三色学说n颜色模型nOpenGL中的颜色使用基本概念基本概念n颜色属于物理学和生理学的范畴，它的形成是一个复杂的物理和心理相互作用的过程，其中涉

7、及光的传播特性、人眼结构及人脑心理感知等内容。当然视觉也有错误当然视觉也有错误 基本概念基本概念基本概念基本概念基本概念例如，颜色点例如，颜色点C C，半径，半径S S决定决定C C点颜色的饱和度；点颜色的饱和度； 与水平轴与水平轴S S的夹角的夹角H H决决定定C C点颜色的色调；点颜色的色调； C C点所在平面的高度点所在平面的高度L L决定决定C C点的亮度点的亮度400700(l )P能量波长nml基本概念400700(l )P能量波长nml400700(l )P能量波长nml基本概念三色学说（三刺激理论） 一种假设 ：在人眼视网膜中有3种对颜色敏感的锥体细胞，它们分别对红、绿、蓝3种

8、颜色最敏感。n第1种锥体细胞专门感受红光n第2种锥体细胞专门感受绿光n第3种锥体细胞专门感受蓝光n三者共同作用，使人们产生了不同的颜色感觉三色学说（三刺激理论）n三色学说是真实感图形学的生理视觉基础。n计算机图形学中采用颜色模型都是根据这个学说提出来。n由三色学说，任何一种颜色可以通过红、绿、蓝三原色按照不同比例混合来得到。n自然界中各种颜色都能由 这 3 种原色光按一定的比 例混合而成颜色模型 一个颜色模型是一种在某种特定环境中对颜色的特性和一个颜色模型是一种在某种特定环境中对颜色的特性和行为的解释方法，没有一种颜色模型能解释所有的颜色问行为的解释方法，没有一种颜色模型能解释所有的颜色问题，

9、因此，要使用不同的模型来帮助说明能看到的不同的题，因此，要使用不同的模型来帮助说明能看到的不同的颜色特征。颜色特征。 一些模型是适用于硬件的一些模型是适用于硬件的n用于彩色用于彩色CRTCRT（阴极射线管）监视器的（阴极射线管）监视器的RGBRGB（红、绿、蓝）（红、绿、蓝）模型模型n用于彩色打印系统的用于彩色打印系统的CMYCMY（青色、品红色、黄色）模型（青色、品红色、黄色）模型n用于彩色广播电视系统的用于彩色广播电视系统的YIQYIQ模型模型n另一些模型是以易用性为目的，为用户提供更直觉的颜色另一些模型是以易用性为目的，为用户提供更直觉的颜色参数，如参数，如HSVHSV模型。模型。颜色模

10、型颜色模型n原色系统nRGB颜色模型nCMY颜色模型nHSV颜色模型颜色模型 最基础和最重要的是两种原色混合系统：n基于红绿蓝三原色定义RGB加色系统n基于青品红和黄定义CMY减色系统n两种系统的颜色互为补色：青-红、品红-绿、黄-蓝，但习惯上把红、绿、蓝作为原色。RGB颜色模型nRGB颜色模型基于红（R）、绿（G）、蓝（B）三原色定义n通常用于彩色CRT、 彩色光栅图形显示系统等， 是用R、G、B为坐标轴的 笛卡儿坐标系的加色系统， 即单个基色的贡献加在一起 得到结果的颜色。CMY颜色模型n以红、绿、蓝的补色青、品红、黄为原色构成的颜色模型。n常用于从白光中滤去某种颜色，又称为减性原色系统。

11、n对RGB颜色模型的直角坐标系的子空间作下属变换： C=1-R，M=1-G，Y=1-B，即得到CMY颜色模型直角坐标系的子空间。HSV颜色模型RGB和CMY颜色模型都是面向硬件的HSV（Hue Saturation Value）颜色模型是面向用户的HSV颜色模型nHSV模型对应于圆柱坐标系的一个圆锤形子集。n圆锤的顶面对应于V=1，代表的颜色较亮。n色调H由绕V轴的旋转角给定，红色对应于角度0，绿色对应于角度120，蓝色对应于角度240。n每一种颜色和它的补色相差180。HSV颜色模型n色饱和度S取值从0到1，由圆心向圆周过渡。n在圆锤的顶点处，V=0，H和S无定义，代表黑色；HSV颜色模型

12、HSV颜色模型对应于画家的配色方法 画家用改变色泽和色深的方法来从某种纯色获得不同色调的颜色。Opengl中的颜色模型nRGBA/RGB模式n颜色索引模式n两种模式应用场合两种模式应用场合Opengl中的颜色模型nRGBA/RGB模式n对于每个像素，存储R、G、B值，还可能有A值nA值对显示在屏幕上的颜色没有直接影响，但其用途很多，其中包括混合和确定透明度。n使用函数glColor*()来设置当前颜色Opengl中的颜色模型n颜色索引模式n对于每个像素，存储一个颜色索引n每个索引对应于一个表项，后者定义了一个R、G、B值组合。这种表成为颜色表。n在索引颜色模式中，OpenGL需要一个颜色表。颜

13、色表的大小是很有限的，一般在2564096之间，且总是2的整数次幂。n在使用索引颜色方式进行绘图时，总是先设置颜色表，然后选择颜色Opengl中的颜色模型n颜色索引模式n颜色表方式下，可以调用glIndex*()函数从颜色表中选取当前颜色nvoid glIndexs i f d(TYPE c);void glIndexs i f dv(TYPE *c);ns短整型 i 整型 f浮点型 nd 双精度型 ub 无符号字节型nc 当前颜色索引Opengl中的颜色模型n两种模式应用场合两种模式应用场合n在大多情况下，采用RGBA模式比颜色表模式的要多，尤其许多效果处理，如阴影、光照、雾、反走样、混合等

14、，采用RGBA模式效果会更好些；n另外，纹理映射只能在RGBA模式下进行。Opengl中的颜色模型n两种模式应用场合两种模式应用场合n下面提供几种运用颜色表模式的情况：1）若原来应用程序采用的是颜色表模式则转到OpenGL上来时最好仍保持这种模式，便于移植。2）若所用颜色不在缺省提供的颜色许可范围之内，则采用颜色表模式。3）在其它许多特殊处理，如颜色动画，采用这种模式会出现奇异的效果。编程实例：混合效果编程实例：混合效果n简单的透明n混色定义：将某个像素的颜色和已绘制在屏幕上其对应的像素颜色相互结合n依赖于颜色的alpha通道的分量值n可以将Alpha分量代表材料的透明度，如值为0时所代表的材料是完全透明的，值为1时所代表的材料是完全不透明的。编程实例：混合效果n混合的基本原理n图像的RGB颜色分量alpha值+n背景的RGB颜色分量（1- alpha值）编程实例：混合效果InitGL()函数中添加：glColor4f(1.0f,1.0f,1.0f,0.5f); / 全亮度， 50% Alpha 混合