计算机图形学真实感图形绘制.ppt

1、1.基本概念简单照明模型基于简单照明模型的多边形渲染，第10章真实感图形渲染，2。真实感图形绘制：综合运用数学、物理、计算机和心理学知识，在计算机图形输出设备上绘制出美丽的场景。光强(度):描述从物体表面向某一方向辐射的光的颜色。它不仅能表达光能的大小，还能表达其颜色成分的物理量。3.光照模型，也称为阴影模型，主要用于计算物体表面某一点的光强。简单照明模型复杂照明模型，基本概念，4。真实感图形绘制过程，根据假设的光照条件和景物外观因素，根据一定的光照模型，计算出可视表面投射到观察者眼睛上的光强，将其转换成适合图形设备的颜色值，并在投影屏幕上生成每个像素的光强，使观察者感觉身临其境。基本概念，5

2、，在计算机中模拟场景的真实感图形绘制步骤；执行框架转换和透视转换；进行下料加工；渲染逼真的图形。基本概念，6，简单照明模型，环境光漫反射光镜面反射光的光强衰减颜色处理，10.1简单照明模型，7，简单照明模型只考虑反射光的影响。反射光由三部分组成：环境光、漫反射光和镜面反射光。简单照明模式，8，特征：照射在物体上的光来自周围的所有方向，并在所有方向上均匀反射。点p对环境光的反射强度为“背景光”，即图1、9中环境光的反射，粗糙、暗淡的表面呈现漫反射。特点：光源来自一个方向，反射光均匀地射向各个方向。根据朗伯余弦定理，点p处漫反射光的强度为：漫反射，图2漫反射，10；如果l和n被归一化为单位向量，则

3、有漫反射，图2漫反射，11；对于彩色、漫反射、对于多个漫反射光源。如果观察者在点P的镜面反射方向，他将看到一个比周围亮得多的高点。镜面反射，图3镜面反射，13，镜面反射由Phong模型给出：镜面反射，如果R和V被归一化为单位向量，那么：14，从视点观察的物体的任何点P处的光强度I应该是环境光强度Ie、漫射光强度Id和镜面光强度Is:物体的表面光强度的总和。光照模型中必须考虑光强的衰减，否则会影响生成图形的真实效果。光强的衰减可以是常数衰减、一次函数衰减和二次函数衰减。光强衰减，16，常用二次衰减函数，光强衰减，17，选择颜色模型面向硬件的颜色模型：RGB，CYM视觉感知颜色模型：HSI指定颜色

4、分量的光照模型，颜色，18，以RGB颜色模型为例，环境光强度：入射光强度：环境光反射系数：漫反射系数：镜面反射系数：颜色，19，光强计算公式：颜色，20，恒定光强古罗阴影Phong阴影，10.2多边形基于多边形是景物表面的精确表示，也就是说，它不是曲面景物的近似表示。恒定光强，22，Gouraud着色方法，也称为亮度插值着色，通过线性插值多边形顶点的颜色来绘制内部点，其步骤是：计算每个多边形顶点的平均单位法向量；根据简单的光照模型计算每个顶点的光强；顶点强度在多边形表面上线性插值。古德阴影、23、双线性插值方法、古德阴影、图4古德阴影的双线性插值、24、Phong阴影方法，也称为法向量插值阴影

5、，插值多边形顶点的法向量生成中点的方法利用双线性插值方法，得到多边形中每个点的法向量。最后，根据光照模型确定多边形中每个点的光强。Phong着色、25、矢量双线性插值方法、Phong着色、图5 Phong着色矢量双线性插值、26、10.3透明处理、图6透明表面图7简单透明处理、图8光线折射、29、10.4产生阴影、阴影是由对象切断光线造成的，因此如果光源在对象的一侧，阴影总是在对象的另一侧。理论上，从视点和光源看得见的面不会陷入阴影，但只有从视点看得见而从光源看不见的面才会陷入阴影。30，生成阴影、生成带有阴影的图形。渲染算法将视点移动到光源位置，通过多边形区域排序消隐算法将多边形分为两类：定

6、向多边形和背光多边形。将视点移动到原始观察位置，消隐方向多边形和背光多边形，选择一个光照模型计算多边形的亮度，就可以得到有阴影效果的图形。31、10.5模拟景物的表面细节、颜色纹理：由颜色或亮度的变化所反映的表面细节。几何纹理：由不规则的小凸起和凹陷引起。颜色纹理取决于物体表面的光学特性，而几何纹理由物体表面的微观几何形状决定。32，10.5模拟景物的表面细节，用多边形定义和映射纹理，33用多边形模拟表面细节，模拟景物表面细节的简单方法是使用多边形，称为表面图案多边形，来模拟纹理结构和图案。加工时，根据要生成的颜色纹理构造表面图案多边形，然后将表面图案多边形覆盖在物体表面。34，纹理映射和定义

7、，生成彩色纹理的一般方法是预先定义纹理图案，然后在物体表面上的点和纹理图案中的点之间建立对应关系。在物体表面上的可见点被确定之后，纹理图案的对应点被用于参与照明模型的计算，并且纹理图案可以被附着到物体的表面。这种方法被称为纹理映射。35，纹理映射贴图和定义，图9纹理映射中的纹理空间、对象空间和像素空间的变换，36，纹理映射和定义，图10从像素空间到纹理空间的映射，37，凹凸映射，38，10.6整体照明模型和光线跟踪，削边照明模型光线跟踪算法，39，整体照明模型，一个完整的照明模型应该包括由光源和环境引起的漫反射分量、镜面反射分量、规则透射分量和漫反射分量。只考虑由光源引起的漫反射分量和镜面反射

8、分量，而环境反射分量简单地由常数代替。这种光照模型称为局部光照模型。能够同时模拟光源和环境照明效果的照明模型称为整体照明模型。40，Whitted照明模型，Whitted在简单照明模型中添加了环境镜面反射光和环境规则透射光，以模拟场景表面上由环境光投影引起的理想镜面反射和规则透射现象。图11物体表面的镜面反射和投影，41光线跟踪算法，光线跟踪方法基于几何光学原理，通过模拟光的传播路径来确定反射、折射和阴影。图12中的光线跟踪算法和图42中的光线跟踪算法步骤确定从视点穿过每个像素中心的光线路径，然后沿着该光束累积光强，并将最终值分配给相应的像素。对于每个像素光线，测试场景中所有对象的表面以确定其

9、是否与光线相交，并计算相交的深度。具有最大深度(z值)的交点是对应于像素的可见点。然后，继续研究通过可见点的次级射线。43、光线跟踪算法步骤、对每个从属光线重复该过程：寻找与场景中所有对象的交点。然后递归地在最接近从属光线方向的物体表面上产生下一个折射和反射光线。当来自每个像素的光线在场景中被反射和折射时，相交的物体表面被一个接一个地添加到二元光线跟踪树中。当树中的光束达到预定的最大深度或到达某个光源时，它就停止跟踪。44，光线跟踪算法步骤，图13光线跟踪和光线跟踪树，45，光线跟踪算法步骤，可以从光线跟踪树的叶节点开始，并累加光强贡献，以确定某个像素的光强。树中每个节点的强度是从树中的子节点

10、继承的，但是强度随着距离而降低。像素光强度是光线树根节点的衰减光强度之和。46、光线跟踪反走样、结合光线跟踪算法和过采样方法，可以总结如下：(1)计算每个像素角点光线跟踪的光强。(2)比较像素四个角的光强，确定要细分的像素。(3)计算细分后新角点光线追踪的光强。然后，重复(2)和(3)，直到每个角落的光强接近。(4)通过加权平均计算投影平面上每个像素的光强。47、10.7 OpenGL中的照明处理、点光源全局照明表面材质透明处理、48、点光源、可在OpenGl场景描述中包含多个点光源，光源的各种属性设置由以下函数指定。无效glLightif (GLenum light，GLenum pname

11、，TYPe param)；无效glLightifv (GLenum light，GLenum pname，TYPE * param)；49，点光源、默认情况下，照明未启用。此时，使用当前颜色绘制图形，不进行法向量、光源、照明模型和材质属性的相关计算。要启用照明，您可以使用以下功能：指定光源的参数后，您需要使用该功能来启用由light指定的光源：Glenable(light)；52，OpenGL全局照明，在OpenGL中，以下函数用于指定全局照明无效glLightModeif (GLenum pname，TYPE param)；无效glLightModeifv (GLenum pname，TYP

12、E * param)；53，OpenGL材质属性，在OpenGL中，以下函数用于指定材质属性void glmateriif(glenumface，glenumpname，typeparam)；无效glmateriifv(Glenum面，GLenum pname，TYPE * param)；54，OpenGL材质属性，OpenGL提供颜色材质模式：Glenable(Gl _ COLOR _ MATERIAL)；空白颜色材料(格伦姆面，格伦姆模式)；在颜色材质模式下，物体表面的颜色可以通过glColor函数来指定，相应的材质属性将通过光源的颜色值和RGB值来计算。55、透明处理、OpenGL使用混

13、合来实现透明处理。混合操作指的是将输入对象(源)的颜色值与当前存储在帧缓冲器中的像素(目标)的颜色值合并的过程。，56，透明处理，开启混合操作可调谐的(GL _ BLEND)；指定计算源因子和目标因子的计算方式无效GLblendFuc(GLenum src因子，GLenum dest因子)；57，透明处理、58、透明处理，进行混合计算假定计算出的源和目标混合因子分别为(Sr，Sg，Sb，Sa)和(Dr，Dg，Db，Da)，并且分别使用下标s和d区分表示源和目标的RGBA值，则混合后的RGBA值如下：(RsSr RdDr，GsSg Gd Dg，BsSb BdDb，AsSa AdDa)，59，10.8 OpenGL中的纹理映射、空格纹图像1D(格纹目标，闪烁级别，闪烁分量，格纹宽度，闪烁边框，格纹格式，格纹类型，常量格纹空间*纹理元素)；空心格纹图像2D(格纹目标、格纹水平、格纹成分、