浙江大学计算机学院：《计算机图形学》课程教学资源（PPT课件）第十章 真实感图形绘制

第十章真实感图形绘制 ■简单光照明模型 ■多边形绘制方法 透明 整体光照明模型 光线跟踪算法 2021/1/21 浙江大学计算机图形学

2021/1/21 浙江大学计算机图形学 1 第十章 真实感图形绘制 ◼ 简单光照明模型 ◼ 多边形绘制方法 ◼ 透明 ◼ 整体光照明模型 ◼ 光线跟踪算法

第十章真实感图形绘制 光照模型( Illumination mode l):计算某 点的光强度的模型 2021/1/21 浙江大学计算机图形学

2021/1/21 浙江大学计算机图形学 2 第十章 真实感图形绘制 光照模型(Illumination Model):计算某 一点的光强度的模型

真实感图形的特点 ■能反映物体表面颜色和亮度的细微变化 ■能表现物体表面的质感 ■能通过光照下的物体阴影,极大地改善场景的 深度感和层次感,充分体现物体间的相互遮挡 关系 ■能模拟透明物体的透明效果和镜面物体的镜面 效果 2021/1/21 浙江大学计算机图形学

2021/1/21 浙江大学计算机图形学 3 真实感图形的特点 ◼ 能反映物体表面颜色和亮度的细微变化 ◼ 能表现物体表面的质感 ◼ 能通过光照下的物体阴影，极大地改善场景的 深度感和层次感，充分体现物体间的相互遮挡 关系 ◼ 能模拟透明物体的透明效果和镜面物体的镜面 效果

影响观察者看到的表面颜色的因素 ①物体的几何形状 ②光源位置、距离、颜色、数量、强度、种类 ③环境遮挡关系、光的反射与折射、阴影 ④视点位置 ⑤物性材料、颜色、透明度折射性 ⑥表面光洁度 2021/1/21 浙江大学计算机图形学

2021/1/21 浙江大学计算机图形学 4 影响观察者看到的表面颜色的因素 ①物体的几何形状 ②光源 位置、距离、颜色、数量、强度、种类 ③环境 遮挡关系、光的反射与折射、阴影 ④视点位置 ⑤物性 材料、颜色、透明度 折射性 ⑥表面光洁度

光源 ①几何性质 ■点光源 线光源 n面光源 ②光谱组成 白色光等能量的各种波长可见光的组合 彩色光 n单色光 2021/1/21 浙江大学计算机图形学

2021/1/21 浙江大学计算机图形学 5 光源 ①几何性质 ◼ 点光源 ◼ 线光源 ◼ 面光源 ②光谱组成 ◼ 白色光等能量的各种波长可见光的组合 ◼ 彩色光 ◼ 单色光

真实感图形学早期发展 1967年,Wyie等人第一次在显示物体时 加进光照效果,认为光强与距离成反比。 1970年, Bouknight提出第一个光反射模 型: Lamber漫反射十环境光 ■1971年, Gouraud提出漫反射模型加插 值的思想 1975年, Phong提出图形学中第一个有 影响的光照明模型 2021/1/21 浙江大学计算机图形学

2021/1/21 浙江大学计算机图形学 6 真实感图形学早期发展 ◼ 1967年，Wylie等人第一次在显示物体时 加进光照效果，认为光强与距离成反比。 ◼ 1970年，Bouknight提出第一个光反射模 型：Lambert漫反射＋环境光 ◼ 1971年，Gouraud提出漫反射模型加插 值的思想 ◼ 1975年，Phong提出图形学中第一个有 影响的光照明模型

相关物理知识 ■光的传播 反射定律:入射角等于反射角,而且反射光 线、入射光线与法向量在同一平面上 光源 ○ 法向量 入射 反射光 2021/1/21 浙江大学计算机图形学 7

2021/1/21 浙江大学计算机图形学 7 相关物理知识 ◼ 光的传播 ◼ 反射定律：入射角等于反射角，而且反射光 线、入射光线与法向量在同一平面上 光源 法向量 入射光 反射光 视线

折射定律 ■折射定律:折射线在入射线与法线构成的平 面上,折射角与入射角满足 入射光 n2 折射光 2021/1/21 浙江大学计算机图形学

2021/1/21 浙江大学计算机图形学 8 折射定律 ◼ 折射定律：折射线在入射线与法线构成的平 面上，折射角与入射角满足 入射光 折射光   2 1 1 2 sin sin     =

能量关系 在光的反射和折射现象中的能量分布: 1=l+l+1+n 下标为,d,stv的能量项分别表示为入射光 强,漫反射光强,镜面反射光强,透射光强, 吸收光强 ■能量是守恒的 2021/1/21 浙江大学计算机图形学

2021/1/21 浙江大学计算机图形学 9 能量关系 ◼ 在光的反射和折射现象中的能量分布： ◼ 下标为i,d,s,t,v的能量项分别表示为入射光 强，漫反射光强，镜面反射光强，透射光强， 吸收光强 ◼ 能量是守恒的 i d s t v I I I I I = + + +

简单光照明模型 模拟物体表面的光照明物理现象的数学 模型一光照明模型 简单光照明模型亦称局部光照明模型, 其假定物体是不透明的,只考慮光源的 直接照射,而将光在物体之间的传播效 果笼统地模拟为环境光。 可以处理物体之间光照的相互作用的模 型称为整体光照明模型 2021/1/21 浙江大学计算机图形学 10

2021/1/21 浙江大学计算机图形学 10 简单光照明模型 模拟物体表面的光照明物理现象的数学 模型－光照明模型 简单光照明模型亦称局部光照明模型， 其假定物体是不透明的，只考虑光源的 直接照射，而将光在物体之间的传播效 果笼统地模拟为环境光。 可以处理物体之间光照的相互作用的模 型称为整体光照明模型