【圖文】第13章真實感圖形繪制方法(精)

1、HCI & Multimedia Lab PKUCS第13章真實感圖形繪制右內(nèi)容提要真實感繪制流程簡單光照明模型局部光照明模型整體光照明模型光線跟蹤法輻射度算法HCI Multimedia Lab 0 PKUCSHCI Multimedia Lab O PKUCS右內(nèi)容提要真實感繪制流程簡單光照明模型局部光照明模型整體光照明模型光線跟蹤法輻射度算法HCI Multimedia Lab O PKUCS早期的光照明模型基于經(jīng)驗，只能反映光源直接照射的 情況比較精確的模型：通過模擬物體之間光的相互作用，可 以得到令人滿意的結(jié)果。HCI Multimedia Lab PKUCS三維形體消隱-

2、明暗處理-真實感形體- 變換- 光柵 化-真實感圖像HCI Multimedia Lab PKUCS真實感圖形繪制的四個步驟1用數(shù)學(xué)方法建立所需三維場景的幾何描述通常是由三維造型系統(tǒng)完成。 場景的幾何描述直接影響了圖形的復(fù)雜性和圖形繪制的計算開銷 將三維幾何描述轉(zhuǎn)換為二維透視圖。通過對場景的透視變換來完成 隱藏面消除，確定場景中的所有可見面.將視野之外或被其它物體遮扌當 的不可見面消去計算場景中可見面的顏色,根拯基于光學(xué)物理的光照明模型計算可見面 投射到觀察者眼中的光亮度大小和色彩組成.井將它轉(zhuǎn)換成適合圖形設(shè) 備的頗色值.從而確定投影畫面上每一象索的顏色.最終生成圖形.HCI Multimed

3、ia Lab O PKUCS右內(nèi)容提要真實感繪制流程簡單光照明模型局部光照明模型整體光照明模型光線跟蹤法- 輻射度算法HCI & Multimedia Lab O PKUCS右簡單光照模型僅考慮光源照射在物體表面產(chǎn)生的反射光:通當假定物體表面是光滑的且由理想材料構(gòu)成，只考慮被照明物體的幾 何對反射和透射光的影響； 忽略光源的顏色和幾何形狀（點光源白光照明）： 可以揆擬出不透明物體表面的明暗過渡.具有一定的真實感。但真實感 較差.陰影區(qū)域邊界尖銳。簡單光照明模型：反射被分為理想漫反射和鏡面反射 光簡單光透射模型：透射光分為理想漫透射光和規(guī)則透 射光由光源發(fā)出的光稱為直接光，物體對直接光的

4、反射 或折射稱為直接反射和直接折射，相對的，把物體 表面間對光的反射和折射稱為間接光，間接反射， 間接折射HCI Multimedia Lab PKUCSHCI & Multimedia Lab PKUCS|簡單光照模型環(huán)境光漫反射鏡面反射光的衰減產(chǎn)生彩色采用多個光源環(huán)境光定義一一光線在場景中經(jīng)過復(fù)雜傳播之后，形成的彌漫 于整個空間的光線光照明模型I=KIe a ala環(huán)境光亮度心環(huán)境光反射系數(shù) /物體表面呈現(xiàn)的亮度HCI & Multimedia Lab PKUCSHCI Multimedia Lab PKUCSI環(huán)境光（續(xù)）例子/ =1.09Ka=0.4,K=0.8HCI

5、Multimedia Lab PKUCS漫反射點光源向周圍輻射等強度的光漫反射粗糙、無光澤物體（如粉筆）表面對光的 反射HCI Multimedia Lab PKUCS漫反射（續(xù)）光照明HCI Multimedia Lab PKUCSlp點光源的亮度 K漫反射系數(shù) &入射角HCI Multimedia Lab PKUCS將環(huán)境光與漫反射結(jié)合起來漫反例子鏡面反射與Phong模型高光入鏡面反射光滑物體（如金屬或塑料表面對光的反射HCI Multimedia Lab1HCI Multimedia Lab PKUCS反射與Phong模型（續(xù)）理想鏡面反射HCI Multimedia Lab 0

6、 PKUCS鏡面反射與Phong模型（續(xù)）HCI Multimedia Lab PKUCS1HCI Multimedia Lab PKUCSPhong 模型I =IKscos/,a或Is=IpKs（LRy鏡面反射指數(shù)R的計算，用H*N代替,夾角為alfa的一半將環(huán)境光、漫反射于鏡面反射結(jié)合起來=IaKa十IpKd（厶N） +RYl R 的計算，用 H*N 代替平行投影的好處，簡化計算面反射與Phong模型（續(xù)）HCI Multimedia Lab PKUCS右光的衰減光在光源到物體表面過程中的衰減衰減函數(shù)f(cl)= min(- - J)c0+Cyd + c2d光照明方程I = IaKa+f(

7、d)IKd(LN) + Ks(VRYHCI Multimedia Lab PKUCS士光的衰減(續(xù)光在物體表面到人眼過程中的衰減1HCI Multimedia Lab PKUCS Depth Cueing技術(shù)So =Sb +Sf Sb(ZZr =s0 些HCI Multimedia Lab PKUCS-RGB 模型為顏色模型種的每一種基色建立光照明方程厶=+門如小瓦心N) + KU(VRY RGBHCI Multimedia Lab Q PKUCS士釆用多個光源采用 m 個光源的光照明方程m【入=詠入+厶N) + K、”尺)1=1HCI Multimedia Lab PKUCSHCI &

8、; Multimedia Lab PKUCS右多邊形繪制方法均勻著色 光滑著色Gouraud著色方法Phong著色方法插值著色方法存在的問題J采用多個光源（續(xù)）(d)a)(F)HCI Multimedia Lab PKUCS均勻著色方法任取多邊形上一點，利用光照明方程計算岀它的頗色用這個顏色填充整個多邊形適合于如下悄況光源在無窮遠處視點在無窮遠處多邊形是物體表面的精確表示HCI Multimedia Lab Q PKUCS均勻著色（續(xù)）每個多邊形只需計算一次光照明方程，速度快優(yōu)點HCI Multimedia Lab PKUCS相鄰多邊形顏色過渡不光滑缺點HCI Multimedia Lab P

9、KUCSHCI & Multimedia Lab PKUCSGouraud著色方法1.計算多邊形的單位法矢2、計算多邊形頂點的單位法矢量3、利用光照明方程計算頂點顧色4、對多邊形頂點顏色進行雙線性插值, 獲得多邊形內(nèi)部各點的額色光滑著色方法-插值頗色插值法矢量插值顏色插值著色方法步驟HCI Multimedia Lab PKUCSGouraud著色方法（續(xù)）HCI & Multimedia Lab Q PKUCSPhong著色方法2、計算多邊形頂點單位法矢量法向插值著色方法步驟1計算多邊形單位法矢量HCI Multimedia Lab PKUCS3、對多邊形頂點法矢進行雙線性插

10、值，獲得內(nèi)部各點的法矢 4.利用光照明方程計算多邊形內(nèi)部各點顏色HCI Multimedia Lab PKUCSPhong著色方法（續(xù)）HCI Multimedia Lab PKUCS插值著色方法存在的問題HCI Multimedia Lab PKUCS不光滑的物體輪廓HCI Multimedia Lab PKUCS插值著色方法存在的問題（續(xù)）透視變形 方向依賴性插值公共頂點處顏色不連續(xù)頂點方向不具有代表性CC3)(b)ABHCI Muttimedia Lab tt PKUCS什么是陰影光源不能直按照射的區(qū)域?qū)庠磥碚f，不可見的面(隱藏面)考慮陰影的光照明方程厶=0心 +屮Kd,厶N)+KSA

11、(V &)“i-1(0處于第i個光源的陰影中5,=1elseHCI Muttimedia Lab tt PKUCS右產(chǎn)生陰彩 z緩沖器算法步驟. 將所有景物變換到光源坐標系中，利用Z緩沖器算法按光線方向?qū)?景物進行消隱.把那些距光源最近的物體表面上點的深度值保存在 陰影緩沖器中 利用Z緩沖器算法按視線方向?qū)ψ钗镞M行消隱.將得到的每一個可 見點變換到光源坐標系中.若它在光源坐標系中的深度值比陰影緩 沖器中相應(yīng)單元的值小.則說明該可見點位于陰影中，否則不是.產(chǎn)生陰影HCI Multimedia Lab PKUCS算法簡單缺點每個光源需要一個陰影緩沖器HCI & Multimedia

12、 Lab PKUCS*產(chǎn)生陰影陰影細節(jié)多邊形 算法步驟1在景物空間中，利用 裁剪算法求出被光源 直接照射的多邊形或 其一部分將這些多邊形作為表 面細節(jié)貼在物體表面上HCI Multimedia Lab PKUCS產(chǎn)生陰影光線跟蹤從可見點P向光源發(fā)出測試光線，若該光線在到達光源 之前與其它物體相 交.貝IJP點位于陰影區(qū)域中HCI Multimedia Lab Q PKUCS透明簡單透明考慮折射的透明HCI & Multimedia Lab PKUCS右簡單透明簡單透明不考慮折射現(xiàn)象HCI & Multimedia Lab PKUCS插值透明右簡單透明（續(xù)過濾透明I入=/幾1+ K&J入2投射系數(shù) K,越大顏色透射 得越多 C 儀不同的顏色系數(shù)不同HCI & Multimedia Lab PKUCSHCI Multimedia Lab Q PKUCS右考慮折射的透明(續(xù))投射矢量的計算T = (cosg-cosg)N-/右考慮sinOi_aHCI & Multimedia Lab PKUCS右內(nèi)容提要真實感繪制流程簡單光照明模型局部光照明模型整體光照明模型光線跟蹤法- 輻射度算法HCI & Multimedia Lab PKUCS在現(xiàn)有的整體光照