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1、真实感显示第1页，共38页，编辑于2022年，星期一真实感显示真实感显示概述概述基本光照模型基本光照模型明暗处理明暗处理透明透明阴影阴影纹理纹理自然景物模拟自然景物模拟反失真技术反失真技术第2页，共38页，编辑于2022年，星期一概述概述 应用与应用与主要技术主要技术 真实感图真实感图形形消隐消隐明暗明暗阴影阴影纹理纹理自然景物自然景物光照光照第3页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 基本概念基本概念消隐消隐 物体表面点或边的可见物体表面点或边的可见性计算性计算（Color计算）计算）光照光照 物体表面点的光强度计算物体表面点的光强度计算（Intensity）第4页，共38页
2、，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 光强度计算光强度计算光源光源反射反射折射折射第5页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 光强度计算光强度计算光源光源反射反射折射折射 光源光源 环境光环境光 点光源点光源 第6页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 光强度计算光强度计算光源光源反射反射折射折射 反射反射 镜面反射镜面反射 漫反射漫反射第7页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 光强度计算光强度计算光源光源反射反射折射折射 折射折射 镜面折射镜面折射 漫折射漫折射 第8页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 环境光计算环境
3、光计算光源光源反射反射折射折射环境光环境光 来自环境的漫照射，是一种分布光源。来自环境的漫照射，是一种分布光源。光线被环境经过一系列的反射、折射以后，光线被环境经过一系列的反射、折射以后，无法精确的定无法精确的定量计算量计算第9页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 环境光计算环境光计算光源光源反射反射折射折射环境光环境光 强度：强度：I II I K K I I：环境光强度：环境光强度（白天，黑夜）（白天，黑夜）K K：环境光的漫反射系数：环境光的漫反射系数 （晴天、阴天、下雾；（晴天、阴天、下雾；0 K K 11）第10页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型
4、 点光源计算点光源计算光源光源反射反射折射折射点光源点光源直接入射的光（太阳、灯直接入射的光（太阳、灯）；）；数量有限，可以精确计算；数量有限，可以精确计算；计算时分计算时分 漫反射、镜面反射、折射分别进行漫反射、镜面反射、折射分别进行第11页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 漫反射漫反射光源光源反射反射折射折射漫反射漫反射光源发出的光穿过物体表面，被吸收后重新发射出来光源发出的光穿过物体表面，被吸收后重新发射出来的光。的光。颜色颜色 物体颜色物体颜色 （白光照在蓝色物体，漫反射光蓝色）（白光照在蓝色物体，漫反射光蓝色）第12页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光
5、照模型 漫反射漫反射光源光源反射反射折射折射漫反射漫反射无方向性无方向性第13页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 漫反射漫反射光源光源反射反射折射折射漫反射漫反射强度计算强度计算 I II Ip K Kd cos()I I ：表面反射光的强度：表面反射光的强度 Ip Ip ：从点光源发出的入射光的强度：从点光源发出的入射光的强度 KdKd：漫反射系数（：漫反射系数（0 0 KdKd 11 ）：入射光与表面法线的夹角：入射光与表面法线的夹角第14页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 镜面反射镜面反射光源光源反射反射折射折射镜面反射镜面反射光源被物体表面直接反
6、射回来的光。光源被物体表面直接反射回来的光。颜色颜色 光颜色光颜色 （白光照在蓝色物体，镜面反射光蓝（白光照在蓝色物体，镜面反射光蓝色）色）第15页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 镜面反射镜面反射光源光源反射反射折射折射镜面反射镜面反射有方向性有方向性纯镜面纯镜面光滑表面光滑表面 第16页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 镜面反射镜面反射光源光源反射反射折射折射镜面反射镜面反射强度计算强度计算 I II Ip K Kscos()I I ：表面镜面反射光的强度：表面镜面反射光的强度 Ip Ip ：从点光源发出的入射光的强度：从点光源发出的入射光的强度 K
7、s:Ks:镜面反射系数镜面反射系数 ：视线与表面法线的夹角：视线与表面法线的夹角n n第17页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 基本光照模型基本光照模型PhongPhong光照模型光照模型 环境光、漫反射光、镜面反射光三个分量环境光、漫反射光、镜面反射光三个分量的组合。的组合。强度：强度：I II I环境光环境光 (I I漫反射光漫反射光 I I镜面反射光镜面反射光)点光源点光源 有多点光源时：有多点光源时：I II I环境光环境光 (I I漫反射光漫反射光i I I镜面反射光镜面反射光i)LRVL：入射光方向单位矢量：入射光方向单位矢量R：反射光方向单位矢量：反射光方向单
8、位矢量V：视线方向单位矢量：视线方向单位矢量第18页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 基本光照模型基本光照模型距离效应距离效应 方向相同，强度相同的光，在不同的方向相同，强度相同的光，在不同的距离有不同的效果。距离有不同的效果。d：视点与物体距离：视点与物体距离k：光的衰减系数：光的衰减系数第19页，共38页，编辑于2022年，星期一光照模型光照模型 基本光照模型基本光照模型颜色的确定颜色的确定 将光源分为红、黄、蓝（将光源分为红、黄、蓝（R R、GG、B B）三）三基色，分别计算各自的强度：基色，分别计算各自的强度：红色：红色：同理可求得绿色和蓝色的强度。同理可求得绿色和
9、蓝色的强度。三种颜色光的强度进行调色，得出最终的颜色。三种颜色光的强度进行调色，得出最终的颜色。第20页，共38页，编辑于2022年，星期一明暗处理明暗处理 GourandGourand的的明暗处理明暗处理基本思想：对亮度作双曲线性插值基本思想：对亮度作双曲线性插值1(x1,y1)2(x2,y2)3(x3,y3)4(x4,y4)扫描线扫描线 .a .b .p第21页，共38页，编辑于2022年，星期一明暗处理明暗处理 GourandGourand的的明暗处理明暗处理法矢量：法矢量：n n 取各个面平均值取各个面平均值n1n1n1n1B.nB=(n1+n2+n3+n4)/4第22页，共38页，编
10、辑于2022年，星期一明暗处理明暗处理 GourandGourand的的明暗处理明暗处理缺点缺点:(1):(1)马赫现象（亮带或黑带）马赫现象（亮带或黑带）(2)(2)高光问题高光问题P点应有高光，但是点应有高光，但是A、B、C无高光，无高光，所以所以P点不可能出现高光。点不可能出现高光。DABCP.光线光线第23页，共38页，编辑于2022年，星期一明暗处理明暗处理 PhongPhong模型模型基本思想：基本思想：离散的法向量线性插离散的法向量线性插连续的法向量插值函数连续的法向量插值函数 非线性的强度插值公式非线性的强度插值公式 .p1(x1,y1)2(x2,y2)3(x3,y3)4(x4
11、,y4).a .b扫描线扫描线na=n1与与n2的线性插值；的线性插值；nb=n1与与n4的线性插值；的线性插值；np=na与与nb的线性插值；的线性插值；第24页，共38页，编辑于2022年，星期一透透 明明 基本概念基本概念当光穿过透明物体时，会发生反射和透射。当光穿过透明物体时，会发生反射和透射。交界面交界面表面法线表面法线媒质媒质1媒质媒质2入射光线入射光线反射光线反射光线透射光线透射光线1sin=2sin1和和2分别为两种媒质分别为两种媒质中的折射率中的折射率第25页，共38页，编辑于2022年，星期一透透 明明 基本概念基本概念原来不可见的物体变成可见，原来不可见的物体变成可见，可
12、见的物体变成不可见。可见的物体变成不可见。折射现象产生的失真折射现象产生的失真视线视线透射也有：镜面透射和漫透射透射也有：镜面透射和漫透射第26页，共38页，编辑于2022年，星期一透透 明明 计算计算不考虑折射和漫透射，可简单地不考虑折射和漫透射，可简单地模拟透明现象：模拟透明现象：人眼接受到的人眼接受到的p点的光亮度由两点的光亮度由两部分组成：部分组成：P点反射光能点反射光能 (1-t)IcPt点折射光能点折射光能 tIt所以，所以，I=(1-t)Ic+tItt=0,A物体不透明物体不透明t=1,A物体透明物体透明光源光源人眼人眼BAPPt第27页，共38页，编辑于2022年，星期一阴阴
13、影影 基本概念基本概念景物中没有被光源直接照射到的暗区就是阴影。景物中没有被光源直接照射到的暗区就是阴影。阴影可分为本影和半影。阴影可分为本影和半影。光源光源第28页，共38页，编辑于2022年，星期一阴阴 影影 多边形裁剪法多边形裁剪法基本思想：通过光源和视点两次消隐生成阴影基本思想：通过光源和视点两次消隐生成阴影光源光源视线视线第29页，共38页，编辑于2022年，星期一阴阴 影影 Z Z缓冲器方法缓冲器方法基本思想基本思想:(1):(1)相对于光源作相对于光源作Z-BufferZ-Buffer处理处理 (2)(2)相对于相对于ViewView作作Z-BufferZ-Buffer处理处理第
14、30页，共38页，编辑于2022年，星期一纹纹 理理 基本概念基本概念计算机图形学中物体表面细节成为纹理。计算机图形学中物体表面细节成为纹理。表面纹理包括颜色纹理与几何纹理。表面纹理包括颜色纹理与几何纹理。白色大理石白色大理石栎木栎木斜纹布斜纹布第31页，共38页，编辑于2022年，星期一纹纹 理理 纹理映射纹理映射nv纹理空间纹理空间xy图像空间图像空间dAx0y0景物空间景物空间z0ds像素像素一般假定映射函数为一个线性函数：一般假定映射函数为一个线性函数：=AuB=CvD第32页，共38页，编辑于2022年，星期一自然景物模拟自然景物模拟 法向扰动法法向扰动法 由由BlinnBlinn于
15、于19781978年提出，主要用于模拟表面年提出，主要用于模拟表面凹凸不平的景物，如，果皮、波浪、云彩等。凹凸不平的景物，如，果皮、波浪、云彩等。方法：在表面的每一点上沿其表面法向产生一方法：在表面的每一点上沿其表面法向产生一个新的向量。该向量很小，不致影响表面形状，个新的向量。该向量很小，不致影响表面形状，但对表面该点处的法向产生很大的扰动。但对表面该点处的法向产生很大的扰动。第33页，共38页，编辑于2022年，星期一自然景物模拟自然景物模拟 碎化表面法碎化表面法利用不规则的碎片平面来模拟地形起伏，利用不规则的碎片平面来模拟地形起伏，特别是岩石多的地形。特别是岩石多的地形。第34页，共38
16、页，编辑于2022年，星期一自然景物模拟自然景物模拟 粒子系统粒子系统采用许多简单的微小粒子作为基本元素来表示采用许多简单的微小粒子作为基本元素来表示不规则模糊物体，如火、云、水、森林等。不规则模糊物体，如火、云、水、森林等。第35页，共38页，编辑于2022年，星期一反失真技术反失真技术 产生混淆产生混淆的原因的原因图形反混淆又称图形反走样。图形反混淆又称图形反走样。从信号理论的角度，图形混淆是因为采样从信号理论的角度，图形混淆是因为采样频率过低。频率过低。F(x)Ox采样点采样点采样间隔采样间隔第36页，共38页，编辑于2022年，星期一反失真技术反失真技术 反混淆方法反混淆方法第一类：提高采样频率第一类：提高采样频率121242112123212464236963123212464212343 2124686 428639129368412 16 1248639129312343 2124686 42加权表加权表第37页，共38页，编辑于2022年，星期一反失真技术反失真技术 反混淆方法反混淆方法第二类：用面积采样代替点采样第二类：用面积采样代替点采样CBA按面积对物体的光亮度进行加权平均。按面积对物体的光亮度进行加权平均。I=I1A1+I2A2+I3A3+I4A4+I5A5+第38页，共38页，编辑于2022年，星期一