第8章光照模型.ppt

1、第一、八章绘制真人真事格拉夫快速通道，需要完成四个基本的塔斯克，才能在格拉夫快速通道老虎钳上生成连续色调的真人真事格拉夫快速通道。 以数学方式创建建构的三维场景的几何描述，并将其输入到修正器中。 您可以在三维立体或曲面形状系统中完成此任务。 场景的几何描述直接影响图形的复杂性和图形绘制的修正费用，选择合理有效的数据表达和输入手段极为重要。 将2.3d几何描述转换为二维平台即服务。 这可以通过对场景进行平台即服务变换来完成。 2、确定场景内的所有会面。 为此，必须使用隐藏面消去算法，消去被其他物体隐藏的不能见面。 4 .补正场景中能看到的颜色。 严格地，基于光学物理量的照明模型，校正在观看者眼睛

2、可看到的亮度的大小和颜色组成，将该大小和颜色组成转换为适合于格拉夫坞老虎钳的颜色值，确定心理投射屏幕上的每个像素的颜色，并且最终生成格拉夫坞。 3、4、光照射到物体表面时，光可能会吸收、反射、透射。 被物体吸收的部分变换为热，反射、透过的光进入人类的视觉感知系统，能够看见物体。 要模拟这种现象，必须创建数学模型，而不是称为明暗效果模型或照明(亮)模型的复杂物理模型。 应用照明模型，能够补正物体表面向某一空间方向放射的光亮度。 5、拉星空卫视图形系统上显示的三维格拉夫快速真人真事取决于能不能很好地模拟明暗效果。 这使得可见曲面要显示的用于校正亮度和颜色的更好的LD模型不需要精确地考虑现实世界中光

3、和表面的性质，并且在正确度和校正成本两者的要求下追求更好的显示效果。 通常，在设定明暗模型时需要考虑的主要问题是照明特性、表面特性、观察角度。 6、照明特性是指在可视表面照明的情况下，主要具有光源的数量和性质、环境光和阴影效果等。 所谓表面特性主要是表面对入射光线的反射、折射或透明的差异，有表面的肌理构成和颜色等。 观察角度是指观察者在观察被摄体时相对于可视表面定位的位置。 关于这些个问题，很多不同的明暗模型处理得很好。 明暗模型的差异主要是模拟的方法、实现的复杂性、所得到的显示效果等。 7、一般来说，明暗模型可以分为漫射照明、具体光源照射和透射效果三个部分。 具体的光源照明效果分为漫反射和镜

4、面反射。 漫射照明漫反射明暗模型的具体光源的照射镜面反射透过效果。8、简单的照明模型只考虑光源照射物体表面产生的反射光。 通常，假定这种照明模型包括平滑的物体和理想材料，生成的图形模拟不透明物体表面的明暗转变，并且具有一定的真人真事效果。 这种照明模型被称为局部照明模型。 除了这些个因素之外，还考虑到周围环境光对物体表面的影响。 光滑的光滑物体的表面将环境中的其他物体反射出来，通过透明物体能够看到后来的环境场景。 这样的照明模型被称为整体照明模型，模拟出国影像、透明等细小的光照效果。 9、为了表示自然段中的阴影，当应用照明模型时，物体表面也需要有木有阴影区域，以便取舍对应光源的照明影响。 在更

5、加精致的真实感的格拉夫图形描绘中，还需要考虑物体表面的细微部分的肌理构成。 这是通过称为“材质贴图”的技术在物体表面上映射现有平面图案并且在应用照明模型时考虑这些个图案的颜色使得物体表面的细节模拟使所绘制的图形接近自然场景。在许多实际环境中，第一节的漫反射和具体光源的照明1环境光是环境光线，其中由于许多物体表面的多重反射而存在均匀照明光线。 环境光线的存在会给物体带来漫射光。 这时的亮度是I是可见表面的亮度，Ia是环境光线的总亮度，Ka是物体表面对环境光线的反射系数，从0到1之间与表面的性质有关，表示从物体的表面反射了多少环境光线。13、2漫反射的具体光源可在物体表面上引起漫反射和镜面反射。

6、漫反射是指如果来自特定光源的能量到达表面上的一个点，则在所有方向上均匀地散射，并且当观看者从不同角度观看时，由该点代表的亮度相同。 这种漫反射取决于观看者的位置。 通常，不光滑的粗糙表面总是显示漫反射的效果。 根据Lambert定律，漫反射的效果是曲面相对于光源的方向，即Id是漫反射在可见曲面上的点的亮度。 Ip是由来自点光源的入射光线产生的亮度。 Kd是漫反射系数，值在0和1之间，因物体材料而不同。 是曲面法线n和点光源方向l之间的角度，即入射角，必须在0到90之间。 假定向量n和l都是归一化的，即，单位矢量是长度为1，那么，可使用向量的数目或内积。 相应地，考虑到Id=IpKd (LN)

7、(3)和16、环境光线和漫反射的效果的组合，用于校正亮度的方程式应当写为I=IaKa IpKd(LN) (4)，其中考虑到光线的r是从光源发出的光线到达表面并返回到视点的距离，方程式(4)表示： 在平行投影中，由于光源处于无穷远，因此距离r变为无限大。 在透视投影图中，1/R2也很多的情况下，有大的数值范围，效果不好。 使用r k代替R2，I=IaKa IpKd(LN )/(r k) (6)其中r是从光源到表面的距离，k是根据经验选择的常数。 通常，光源和场景之间的距离远大于场景内部的距离。 例如太阳光照射一个城市的情况。 在这种情况下，可以假设来自光源的照明在整个场景上是恒定的，并且不考虑距

8、离所导致的变化。 镜面反射和Phong模型镜面反射是指来自具体光源的光能到达可视表面上的某一点后，主要沿入射角与反射角相等的方向传播，从而在观察者从不同角度观察时，该点呈现的亮度不同。 在任何有光泽的表面都能观察到镜面反射的效果。 在理想的有光泽表面，例如非常好的镜面，反射光线的入射角只在与反射角相等的方向。 这意味着只有在观看者的相对面的方向v与反射光线的方向r所成的角为0的情况下，镜面反射产生的反射光线才可见。 在像苹果这样不太理想的有光泽的表面上，反射光的亮度随着增加而急速降低。 19、洪武汉所提出的光学照明模型被用于近似随着反射光线引起的亮度增加而降低的速度。 取n的值一般为1到200

9、0之间，由与反射面相关的性质决定。 在理想的反射面上，n是无限大的。 这里的选择，是以经验观察为基础的。 20、对于实际物质，镜面反射的入射光的数量取决于入射角； 当设镜面反射光的百分比为w ()时，能够修正用于修正表面亮度的式(6)而得到，如果假定反射光的方向向量r和朝向视点的向量v都标准化、即长度为1的单位矢量，则能够简单地利用向量内积来修正校正弦值。关于21、w ()，一般根据经验选择常数Ks，式(7)能够如下所述写入容易修正的形状，通过应用修正式(8)获得具有明暗表现的画面，实验证明，该式成为用于形成具有明暗表现的画面的良好基础关于颜色表面，也能够应用上述各式，只要分别应用于各色成分的

10、校正运算即可。 例如，在选择通常的红、绿、蓝的表色系的情况下，将上述式中的亮度、反射系数等视为三维向量。 通过分别修正各色成分，完成彩色表面亮度的修正计算。 23、4光的衰减光在传播过程中能量衰减。 光的传播过程可分为从光源到物体表面的传播和从物体表面到人眼的传播两个阶段。 光的第一传播阶段的衰减使物体表面的入射光强度减弱，第二阶段的衰减使人眼所接受的物体表面的反射光强度减弱，综合效果是使物体表面的亮度降低。 24，1 )从光源到物体表面的过程中的光衰减在同一光源的照射下，接近光源的物体看起来明亮，而远离光源的物体看起来暗。 这是因为从光源到物体表面的传播过程中光衰减了。 衰减的比例是光的传播

11、距离的平方的倒数，用衰减函数f(d )来表示衰减的比例，其中，d是光的传播距离。 25、以上衰减函数简单，但本节适用的照明模型往往不能获得良好的效果。 这个变化规律对点光源来说是正确的，但是现实世界的物体不是用点光源照射的。 有效衰减函数的取值是f(d)=min(1/(C0 C1d C2d2)，1 )用户可以通过调整C0、C1和C2的值来控制f(d )，以补偿缺少的点光源并生成更强的真人真事图案。 在考虑f(d )的情况下，获得光照校正公式I=KaIa f(d)IpKd(LN) Ks(RV)n，26，并且为了模拟在此传播过程中的光衰减，许多系统采用深度暗示技术的深度暗示技术最初用于显示合十礼信息帧图形经过改进，这