第6章真實(shí)感圖形生成技術(shù)(計算機(jī)圖形學(xué))

1、教材：教材：計算機(jī)圖形學(xué)計算機(jī)圖形學(xué)王汝傳等王汝傳等 編著編著 人民郵電出版社人民郵電出版社6.1 6.1 概述概述一、真實(shí)感圖形定義一、真實(shí)感圖形定義 真實(shí)感圖形的顯示是使用計真實(shí)感圖形的顯示是使用計算機(jī)產(chǎn)生同照片同樣的黑白圖像算機(jī)產(chǎn)生同照片同樣的黑白圖像或彩色圖像。或彩色圖像。 計算機(jī)圖形學(xué)研究目的最終計算機(jī)圖形學(xué)研究目的最終是用計算機(jī)生成圖形，具有真實(shí)是用計算機(jī)生成圖形，具有真實(shí)感使物體和自然界中物體感使物體和自然界中物體 相似，相似，包括顏色、紋理、明暗等。包括顏色、紋理、明暗等。第六章第六章 真實(shí)感圖形生成技術(shù)真實(shí)感圖形生成技術(shù)第六章 真實(shí)感圖形生成技術(shù)6.1 概述6.2 簡單光照模

2、型6.3 明暗處理方法6.4 陰影生成方法6.5 整體光照模型6.6 紋理處理方法6.7 圖形顏色和顏色模型二、真實(shí)感圖形應(yīng)用二、真實(shí)感圖形應(yīng)用1、產(chǎn)品外形設(shè)計、產(chǎn)品外形設(shè)計2、飛行駕駛模擬訓(xùn)練、飛行駕駛模擬訓(xùn)練3、動畫制作、城市規(guī)劃、醫(yī)學(xué)氣象等、動畫制作、城市規(guī)劃、醫(yī)學(xué)氣象等三、真實(shí)感圖形特點(diǎn)三、真實(shí)感圖形特點(diǎn)1、反映物體表面顏色和亮度、反映物體表面顏色和亮度2、表現(xiàn)物體質(zhì)感、表現(xiàn)物體質(zhì)感3、能通過光照下物體的陰影，、能通過光照下物體的陰影， 改善場景的深度感和層次感改善場景的深度感和層次感4、能模擬透明物體的透明效果和鏡面物體的鏡像、能模擬透明物體的透明效果和鏡面物體的鏡像 效果效果 四、

3、影響真實(shí)感圖形因素四、影響真實(shí)感圖形因素1、物體本身形狀、物體本身形狀2、物體表面特征：材質(zhì)、感光度，紋理等、物體表面特征：材質(zhì)、感光度，紋理等3、照射物體光源、照射物體光源4、物體與光源相對位置、物體與光源相對位置5、物體周圍環(huán)境、物體周圍環(huán)境6.2 簡單光照模型簡單光照模型 一個物體表面為什么會出現(xiàn)一個物體表面為什么會出現(xiàn)明暗、顏色等，主要由于物體發(fā)明暗、顏色等，主要由于物體發(fā)光達(dá)到人眼的結(jié)果。光達(dá)到人眼的結(jié)果。 光照在物體表面上有三種情況：光照在物體表面上有三種情況：1、反射光：光通過物體表面被反射；、反射光：光通過物體表面被反射；2、透視光：對于透明物體光穿過該物體而從另端射出；、透視

4、光：對于透明物體光穿過該物體而從另端射出；3、光被物體吸收而變成熱。、光被物體吸收而變成熱。 我們視覺效果是反射光和透視光。我們視覺效果是反射光和透視光。第六章 真實(shí)感圖形生成技術(shù)6.2 簡單光照模型6.2.1 環(huán)境反射光6.2.2 漫反射光6.2.3 鏡面反射光6.2.3 Phong光照模型下面討論不包含透射光的簡單光照模型。下面討論不包含透射光的簡單光照模型。假設(shè)物體不透明，那么物體表面呈現(xiàn)的顏色僅由其反射光假設(shè)物體不透明，那么物體表面呈現(xiàn)的顏色僅由其反射光決定，通常人們把反射光考慮成三個分量的組合，這三個決定，通常人們把反射光考慮成三個分量的組合，這三個分量分別是：分量分別是： 環(huán)境反射

5、環(huán)境反射漫反射漫反射鏡面反射鏡面反射6.2.1 環(huán)境反射光環(huán)境反射光 環(huán)境反射光是由于鄰近物體所造成的光多次反射所產(chǎn)生環(huán)境反射光是由于鄰近物體所造成的光多次反射所產(chǎn)生的，其光亮度可表示為：的，其光亮度可表示為： Ie=IaKa式中式中 Ie-物體對環(huán)境光反射亮度；物體對環(huán)境光反射亮度； Ia-環(huán)境光亮度；環(huán)境光亮度； Ka-物體表面對環(huán)境光反射系數(shù)（物體表面對環(huán)境光反射系數(shù)（0Kal）。）。6.2.2 漫反射光漫反射光 漫反射光是由特定光源在物漫反射光是由特定光源在物體表面反射光中那些向空間各方體表面反射光中那些向空間各方向均勻反射出去的光。設(shè)物體表向均勻反射出去的光。設(shè)物體表面在面在P點(diǎn)法線

6、為點(diǎn)法線為N，從，從P點(diǎn)指向光點(diǎn)指向光源的向量為源的向量為L，兩者夾角為，兩者夾角為。于是，點(diǎn)于是，點(diǎn)P處漫反射光的強(qiáng)度為：處漫反射光的強(qiáng)度為： Id =Ip kd cos式中式中 Id 表面漫反射光的亮度；表面漫反射光的亮度； Ip 入射光的光亮度；入射光的光亮度； kd漫射系數(shù)漫射系數(shù) 0Kd l； 入射光線與法線間夾角，入射光線與法線間夾角，0/2。當(dāng)物體表面垂直于入射光方向時（當(dāng)物體表面垂直于入射光方向時（N、L方向一致）看上方向一致）看上去最亮。當(dāng)去最亮。當(dāng)越來越大，接近越來越大，接近900時，則看上去越來越暗。時，則看上去越來越暗。6.2.3 鏡面反射光鏡面反射光 上面討論漫反射是

7、一個粗糙無光澤表面，如粉筆。如上面討論漫反射是一個粗糙無光澤表面，如粉筆。如果一個點(diǎn)光源照射到一個拋光的金屬球時，在球上形成一果一個點(diǎn)光源照射到一個拋光的金屬球時，在球上形成一塊特別亮的區(qū)域，呈現(xiàn)所謂塊特別亮的區(qū)域，呈現(xiàn)所謂“高光高光”。它是光源在金屬球面。它是光源在金屬球面上產(chǎn)生的鏡面反射光。上產(chǎn)生的鏡面反射光。 對于一個理想的鏡面，入射到表面上的光嚴(yán)格地遵守光對于一個理想的鏡面，入射到表面上的光嚴(yán)格地遵守光的反射定律朝一個方向的反射定律朝一個方向鏡面反射方向反射出去；對于鏡面反射方向反射出去；對于一般光滑表面，由于表面具有一定粗糙度，其表面實(shí)際上一般光滑表面，由于表面具有一定粗糙度，其表面

8、實(shí)際上是由許多朝向不同微小表面組成，其鏡面反射光散布在反是由許多朝向不同微小表面組成，其鏡面反射光散布在反射方向周圍射方向周圍 。 BTPhong1975年提出來用余弦函數(shù)的冪次來模擬鏡面年提出來用余弦函數(shù)的冪次來模擬鏡面反射光的空間分布，可表示為：反射光的空間分布，可表示為： IsIpKs cosnIs 觀察者接收到鏡面反射光亮度；觀察者接收到鏡面反射光亮度；Ip 入射光的亮度；入射光的亮度； 鏡面反射方向和視線方向的夾角；鏡面反射方向和視線方向的夾角； n 鏡面反射光的會聚系數(shù)鏡面反射光的會聚系數(shù) （與物體表面光滑度有關(guān)）一般?。ㄅc物體表面光滑度有關(guān)）一般取12000；Ks鏡面反射系統(tǒng)（與

9、材料性質(zhì)和入射光波長有關(guān)）鏡面反射系統(tǒng)（與材料性質(zhì)和入射光波長有關(guān)）。表面越光滑，其鏡面反射光會聚程度較高，表面越光滑，其鏡面反射光會聚程度較高，n值較大。值較大。與漫反射不同，鏡面反射光與物體顏色無關(guān)。與漫反射不同，鏡面反射光與物體顏色無關(guān)。6.2.4 Phong光照模型光照模型綜上所述，從視點(diǎn)觀察到物體表面上任一點(diǎn)亮度綜上所述，從視點(diǎn)觀察到物體表面上任一點(diǎn)亮度I應(yīng)為環(huán)境應(yīng)為環(huán)境光、漫反射光、鏡面反射光的總和，即：光、漫反射光、鏡面反射光的總和，即： IIeIdIs 即：即： IIe KaIp (Kd cosK s cosn)miinsidpKKIKIIi1)coscos(當(dāng)光源不只一個，而

10、是有當(dāng)光源不只一個，而是有m個光源，則上式可寫為：個光源，則上式可寫為： 這就是簡單光照模型。這就是簡單光照模型。令令L為入射光方向單位矢量，為入射光方向單位矢量，N為表面為表面法線單位矢量，法線單位矢量，R為反射光方向單位矢為反射光方向單位矢量，量，V為視線方向單位矢量，如圖，則為視線方向單位矢量，如圖，則余弦函數(shù)可用矢量點(diǎn)積來表示，即余弦函數(shù)可用矢量點(diǎn)積來表示，即 (LN) =cos (RV)=cos 即即 IIa KaIp Kd (LN)K s (RV) n對于彩色顯示，可把光源分成紅、綠、藍(lán)對于彩色顯示，可把光源分成紅、綠、藍(lán)(RGB）三基色光，對每一基色分別用相應(yīng)算式來計算，三基色光

11、，對每一基色分別用相應(yīng)算式來計算，即即 Ir Ia Kar Ip Kdr (LN)Ks (RV) n Ig Ia KagIp Kdg(LN)Ks (RV) n Ib Ia KabIp Kdb (LN)Ks (RV) n上式中鏡面反射光一項對三個式子都是一樣。上式中鏡面反射光一項對三個式子都是一樣。6.3.1 概述概述 明暗處理就是使物體表面光強(qiáng)度強(qiáng)弱表現(xiàn)。明暗處理就是使物體表面光強(qiáng)度強(qiáng)弱表現(xiàn)。 上一節(jié)介紹了簡單照明模型，只要知道物體表面某一點(diǎn)上一節(jié)介紹了簡單照明模型，只要知道物體表面某一點(diǎn)的法線就可以算出該點(diǎn)反射光強(qiáng)度。的法線就可以算出該點(diǎn)反射光強(qiáng)度。 對于表面是彎曲的形體，計算出曲面每一點(diǎn)法

12、線，然對于表面是彎曲的形體，計算出曲面每一點(diǎn)法線，然后再按照模型來計算每一點(diǎn)明暗程度，計算工作量太大。后再按照模型來計算每一點(diǎn)明暗程度，計算工作量太大。6.3 明暗處理方法明暗處理方法 因此，用平面多面體來逼近彎曲表面形體。對于平因此，用平面多面體來逼近彎曲表面形體。對于平面多邊形來說，由于它的每個表面都是平面，而在同一面多邊形來說，由于它的每個表面都是平面，而在同一平面上，任一點(diǎn)法線都是一樣，因此，只要用一個固定平面上，任一點(diǎn)法線都是一樣，因此，只要用一個固定的強(qiáng)度值來表示面上所有點(diǎn)（即整個面）的明暗程度就的強(qiáng)度值來表示面上所有點(diǎn)（即整個面）的明暗程度就可以了，這樣使得計算工作大為簡化?？梢?/p>

13、了，這樣使得計算工作大為簡化。6.3.1 概述概述 為了不使光強(qiáng)度急劇變化，我們用下面兩種方法為了不使光強(qiáng)度急劇變化，我們用下面兩種方法。6.3 明暗處理方法明暗處理方法1、哥羅德（、哥羅德（Gouraud）強(qiáng)度插值法）強(qiáng)度插值法 2、馮（、馮（Phong）法向插值法）法向插值法6.3.2 哥羅德（哥羅德（Gouraud）強(qiáng)度插值法）強(qiáng)度插值法 1、計算多邊形每個頂點(diǎn)法向量、計算多邊形每個頂點(diǎn)法向量 求出與該頂點(diǎn)相鄰的多面體各面的法向平均值，作為求出與該頂點(diǎn)相鄰的多面體各面的法向平均值，作為該頂點(diǎn)法向。如圖該頂點(diǎn)法向。如圖P點(diǎn)法向量為：點(diǎn)法向量為： Np=(N1+N2+N3)/3 其中其中N1

14、、N2、N3分別是以分別是以 P為公共頂點(diǎn)為公共頂點(diǎn)的三個面的外法向；的三個面的外法向；Np是是 P點(diǎn)外法向。點(diǎn)外法向。2、計算各個頂點(diǎn)的光亮度、計算各個頂點(diǎn)的光亮度I1，I2，Im 6.3.2 哥羅德（哥羅德（Gouraud）強(qiáng)度插值法）強(qiáng)度插值法 3、用插值方法計算出多邊形上任一點(diǎn)的、用插值方法計算出多邊形上任一點(diǎn)的光強(qiáng)度，如圖：光強(qiáng)度，如圖：21122121yyyyIyyyyIIPPP23322323yyyyIyyyyIIQQQ4、用掃描線方法沿水平方向插值來計算出多邊形內(nèi)部各點(diǎn)的光亮度值，例如點(diǎn)R的光亮度可以用下式計算：PQPRQPQRQPRxxxxIxxxxII 利用哥羅德法思路簡明

15、，計算方便，但對于鏡面反射利用哥羅德法思路簡明，計算方便，但對于鏡面反射處理不理想，我們可用下面方法處理。處理不理想，我們可用下面方法處理。6.3.3 馮（馮（Phong）法向插值法）法向插值法 我們上面介紹方法是以光強(qiáng)度進(jìn)行插值我們上面介紹方法是以光強(qiáng)度進(jìn)行插值,但對于鏡面反但對于鏡面反射光亮度往往不理想射光亮度往往不理想,而而Phong法是以法向進(jìn)行插值，其原法是以法向進(jìn)行插值，其原理和上面一樣，所不同的是在上面插值公式中用理和上面一樣，所不同的是在上面插值公式中用N代替代替I即即可，可，N是一個矢量，是一個矢量，I是標(biāo)量，所以法向插值計算量大一些，是標(biāo)量，所以法向插值計算量大一些，但產(chǎn)生

16、效果好，比較真實(shí)，能顯示出鏡面特亮區(qū)域。但產(chǎn)生效果好，比較真實(shí)，能顯示出鏡面特亮區(qū)域。6.4 陰影生成方法陰影生成方法第六章 真實(shí)感圖形生成技術(shù)6.4 陰影生成方法6.4.1 概述6.4.2 自身陰影生成方法6.4.3 投射陰影生成方法6.4.1 概述概述1、定義：陰影是指景物中沒有被光源直接照射的暗區(qū)。、定義：陰影是指景物中沒有被光源直接照射的暗區(qū)。 在場景中陰影顯示出來，可在場景中陰影顯示出來，可增強(qiáng)圖形立體感，使得計算機(jī)生增強(qiáng)圖形立體感，使得計算機(jī)生成畫面更具有真實(shí)感。成畫面更具有真實(shí)感。2、陰影分類、陰影分類（1）自身陰影）自身陰影（2）投射陰影）投射陰影投射陰影又分為：本影和半影投射

17、陰影又分為：本影和半影1、本影、本影 物體影子中間全黑的輪廓分明部分是本影。本影是沒有物體影子中間全黑的輪廓分明部分是本影。本影是沒有被光源照射部分。被光源照射部分。2、半影、半影 本影周圍半明半暗部分是半影，半影是一部分被光源照本影周圍半明半暗部分是半影，半影是一部分被光源照射，一部分未被光源照射。本影計算復(fù)雜，一般只考慮半射，一部分未被光源照射。本影計算復(fù)雜，一般只考慮半影計算。影計算。6.4.2 自身陰影生成方法自身陰影生成方法 生成過程如下：生成過程如下： （l）首先將視點(diǎn)置于光源位置，以光線照射方向作為觀察）首先將視點(diǎn)置于光源位置，以光線照射方向作為觀察方向，對在光照模型下的物體實(shí)施

18、消隱算法，判別出在光方向，對在光照模型下的物體實(shí)施消隱算法，判別出在光照模型下的物體的照模型下的物體的“隱藏面隱藏面”并在數(shù)據(jù)文件中加以標(biāo)識；并在數(shù)據(jù)文件中加以標(biāo)識；（2）然后按實(shí)際的視點(diǎn)位置和觀察方向，對物體實(shí)施消）然后按實(shí)際的視點(diǎn)位置和觀察方向，對物體實(shí)施消隱隱算法，生成真正消隱后的立體圖形；算法，生成真正消隱后的立體圖形；（3）檢索數(shù)據(jù)文件，核查消隱后生成的圖形中，是否包）檢索數(shù)據(jù)文件，核查消隱后生成的圖形中，是否包含有在光照模型下的含有在光照模型下的“隱藏面隱藏面”。如有，則加以陰影符。如有，則加以陰影符號標(biāo)識這些面。號標(biāo)識這些面。6.4.3 投射陰影生成方法投射陰影生成方法1、影域多

19、面體方法、影域多面體方法2、Z緩沖器方法緩沖器方法3、光線跟蹤法、光線跟蹤法6.4.3 投射陰影生成方法投射陰影生成方法1、影域多面體方法、影域多面體方法 基本思想：先求出景物空間中光線被該物體輪廓多邊形所基本思想：先求出景物空間中光線被該物體輪廓多邊形所遮擋的區(qū)域，即影域多面體。然后遮擋的區(qū)域，即影域多面體。然后 再判斷其后物體是否在再判斷其后物體是否在該影域內(nèi)，若在影域內(nèi)為陰影。該影域內(nèi)，若在影域內(nèi)為陰影。這個算法與掃描線算法相結(jié)合就容易實(shí)現(xiàn)。這個算法與掃描線算法相結(jié)合就容易實(shí)現(xiàn)。 6.4.3 投射陰影生成方法投射陰影生成方法2、Z緩沖器方法緩沖器方法 由于陰影是光線照射不到面觀察者卻可見

20、到的區(qū)域，由于陰影是光線照射不到面觀察者卻可見到的區(qū)域，換句話說，陰影是相對于光源不可見而觀察點(diǎn)卻可見到換句話說，陰影是相對于光源不可見而觀察點(diǎn)卻可見到的區(qū)域。所以在畫面中生成陰影的過程基本上相當(dāng)于的區(qū)域。所以在畫面中生成陰影的過程基本上相當(dāng)于二次消隱，一次是對光源消隱，另一次是對視點(diǎn)消隱，二次消隱，一次是對光源消隱，另一次是對視點(diǎn)消隱，Z緩沖器算法就是基于這個原理。緩沖器算法就是基于這個原理。 該法的優(yōu)點(diǎn)：該法的優(yōu)點(diǎn)：能處理任意復(fù)雜的景物，可以較方便地在光滑曲面上能處理任意復(fù)雜的景物，可以較方便地在光滑曲面上生成陰影，且計算量小，程序簡單；生成陰影，且計算量小，程序簡單；缺點(diǎn)：陰影緩沖器的存

21、儲耗費(fèi)較大。缺點(diǎn)：陰影緩沖器的存儲耗費(fèi)較大。 6.4.3 投射陰影生成方法投射陰影生成方法3、光線跟蹤法、光線跟蹤法 要判斷某點(diǎn)是否在陰影內(nèi)，從該點(diǎn)的光源發(fā)一條射線，要判斷某點(diǎn)是否在陰影內(nèi)，從該點(diǎn)的光源發(fā)一條射線，若與物體不相交，則說明不在陰影內(nèi)，若與物體相交，若與物體不相交，則說明不在陰影內(nèi)，若與物體相交，說明在陰影內(nèi)。說明在陰影內(nèi)。這種方法比較易于實(shí)現(xiàn)，且可以生成十分真實(shí)的陰影這種方法比較易于實(shí)現(xiàn)，且可以生成十分真實(shí)的陰影，但計算工作量較大。，但計算工作量較大。6.5 整體光照模型和光線跟蹤算法 前面介紹了簡單光照模型，所考慮條件是對于不透明前面介紹了簡單光照模型，所考慮條件是對于不透明物

22、體，若是透明物體，簡單光照模型公式就不適合了。物體，若是透明物體，簡單光照模型公式就不適合了。 我們先考慮透明性物體簡單模型。我們先考慮透明性物體簡單模型。6.5.1 透明性簡單模型透明性簡單模型條件：條件：1、透明體不應(yīng)折射、透明體不應(yīng)折射 2、無漫透視，光通過透明體時不產(chǎn)生模糊變形、無漫透視，光通過透明體時不產(chǎn)生模糊變形6.5 整體光照模型整體光照模型6.5.1 透明性簡單模型透明性簡單模型如圖，如圖，A是透明體，是透明體，Pt是視線穿過透明體是視線穿過透明體與背后物體與背后物體B的交點(diǎn)。此時由的交點(diǎn)。此時由P點(diǎn)光到達(dá)點(diǎn)光到達(dá)觀察者光強(qiáng)度為：觀察者光強(qiáng)度為： I（lt）Ic十十tIt 0t

23、1 Ic為為 P點(diǎn)光亮度，點(diǎn)光亮度，t為透明系數(shù)，為透明系數(shù)，t0時對時對應(yīng)不透明面應(yīng)不透明面t1為透明面，為透明面，Ic和和It可用可用前面介紹的前面介紹的Phong模型計算。模型計算。這種方法無法模擬光通過透明介質(zhì)時產(chǎn)生折射現(xiàn)象，這種方法無法模擬光通過透明介質(zhì)時產(chǎn)生折射現(xiàn)象，須用下面介紹的整體光照明模型。須用下面介紹的整體光照明模型。6.5.2 整體光照模型整體光照模型 景物表面某點(diǎn)景物表面某點(diǎn)P向觀察點(diǎn)輻射的光亮度由三部分組成，向觀察點(diǎn)輻射的光亮度由三部分組成，依下式求出。依下式求出。 II1十十Is Ks It Kt式中，式中， I1光源直接照射引起的反射光亮度，光源直接照射引起的反射

24、光亮度， 按照按照 Phong模型來計算模型來計算 Is在鏡面反射方向上其它物體向點(diǎn)在鏡面反射方向上其它物體向點(diǎn)P軸射的光亮度；軸射的光亮度； It在折射方向上其它物體向點(diǎn)在折射方向上其它物體向點(diǎn)P輻射的光亮度；輻射的光亮度； Ks景物表面的反射系數(shù)；景物表面的反射系數(shù)； Kt景物的透射系數(shù)。景物的透射系數(shù)。 Is、It的確定要求助于光線跟蹤算法。的確定要求助于光線跟蹤算法。 6.5.3 光線跟蹤算法光線跟蹤算法如何求象素點(diǎn)如何求象素點(diǎn)P亮度，由三部分組成：亮度，由三部分組成：1、光源直接照射及環(huán)境光所產(chǎn)生局部光亮度。、光源直接照射及環(huán)境光所產(chǎn)生局部光亮度。2、反射方向來的光對、反射方向來的光

25、對 A的作用。的作用。3、透射方向來的光對、透射方向來的光對A點(diǎn)的作用。點(diǎn)的作用。 A點(diǎn)光強(qiáng)度為：點(diǎn)光強(qiáng)度為： IAI1AIsAKsAItAKtA 為了求為了求IsA和和ItA ，必須求，必須求IB和和IC： IB I1BIsBKsBItBKtB IC I1CIsCKsCItCKtCIsC 可由連續(xù)跟蹤內(nèi)反射光線可由連續(xù)跟蹤內(nèi)反射光線6求得，求得，ItC背景光。背景光。最后，用最后，用 IsA IB；ItCIC代入求代入求 A點(diǎn)光強(qiáng)度公式點(diǎn)光強(qiáng)度公式，即可求得，即可求得A點(diǎn)光強(qiáng)度。點(diǎn)光強(qiáng)度。跟蹤光線結(jié)束條件跟蹤光線結(jié)束條件 6.5.4 輻射度算法輻射度算法 輻射度算法的原理是任何擊中一個表面的

26、光都被反射回場景之輻射度算法的原理是任何擊中一個表面的光都被反射回場景之中，是任何光線，不僅僅是直接從光源射出的光線，因此輻射度算中，是任何光線，不僅僅是直接從光源射出的光線，因此輻射度算法比上述光線跟蹤算法要復(fù)雜些，同時它的效果也要好得多，可以法比上述光線跟蹤算法要復(fù)雜些，同時它的效果也要好得多，可以生成高真實(shí)感的光照效果圖（如下彩圖）。生成高真實(shí)感的光照效果圖（如下彩圖）。 基本原則基本原則 6.6 紋理處理方法紋理處理方法6.6.1 概述概述紋理：物體表面的細(xì)節(jié)，分顏色紋理和幾何紋理。紋理：物體表面的細(xì)節(jié)，分顏色紋理和幾何紋理。顏色紋理：指光滑表面上附加花紋和圖案顏色紋理：指光滑表面上附

27、加花紋和圖案 ；幾何紋理：景物表面微觀上呈現(xiàn)的起伏不平；幾何紋理：景物表面微觀上呈現(xiàn)的起伏不平；顏色紋理用紋理映射來處理，幾何紋理用擾動函數(shù)來描述。顏色紋理用紋理映射來處理，幾何紋理用擾動函數(shù)來描述。顏色紋理 幾何紋理 6.6.2 紋理映射紋理映射紋理映射將平面圖案紋理映射將平面圖案景物表面圖案景物表面圖案屏幕空間屏幕空間如圖，實(shí)際上是坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換。如圖，實(shí)際上是坐標(biāo)間轉(zhuǎn)換。設(shè)花紋在（設(shè)花紋在（u，w）坐標(biāo)系中，景物表面在（）坐標(biāo)系中，景物表面在（，）中，）中，即：即：f（u，w），）， g（u，w） 或相反或相反 ur（，），）， w s（，）一般映射函數(shù)為線性函數(shù)，即一般映射函數(shù)為線性函數(shù)，

28、即 Au十十B CwD式中式中A，B，C，D可由兩個坐標(biāo)系中已知點(diǎn)之間關(guān)系獲得可由兩個坐標(biāo)系中已知點(diǎn)之間關(guān)系獲得 6.6.2 紋理映射紋理映射（a） （b） （c）將（將（a）中所示圖案映射到圖（）中所示圖案映射到圖（b）中所示球面片上，球面）中所示球面片上，球面片位于第一卦限內(nèi)，圖案是由相交直線組成的簡單二維網(wǎng)片位于第一卦限內(nèi)，圖案是由相交直線組成的簡單二維網(wǎng)格，球面片的參數(shù)表示為：格，球面片的參數(shù)表示為： xsin sin 0/2 y=cos /4/2 z=cos sin取線性映射函數(shù)，取線性映射函數(shù)， Au十十B，CwD假定四邊形圖案的四角映射到四邊形曲面片四角片，即假定四邊形圖案的四角

29、映射到四邊形曲面片四角片，即u0，w0，在，在0，/2u1，w0，在，在/2，/2u0，w1，在，在0，/4u1，w1，在，在/2，/4可解得可解得 A/2，B0， C一一/4， D/2故由故由uw空間在空間在空間的線性映射函數(shù)為：空間的線性映射函數(shù)為： u/2，/2 w/4 由由空間至空間至uw空間的逆映射為：空間的逆映射為： u/ (/2 ) w=（/2 ）/ (/4) 將將uw空間中的一條直線映射到空間中的一條直線映射到空間，然后換算到空間，然后換算到XYZ坐標(biāo)系，運(yùn)算結(jié)果如表坐標(biāo)系，運(yùn)算結(jié)果如表6.1所示。所示。 表表6.1 空間直線換算表空間直線換算表 6.6.3 擾動映射擾動映射擾

30、動：就是在表面每一點(diǎn)上沿其表面法向方向附加一個新擾動：就是在表面每一點(diǎn)上沿其表面法向方向附加一個新的向量，這一向量比較小，不影響原表面的大致形狀，但的向量，這一向量比較小，不影響原表面的大致形狀，但對其表面該點(diǎn)處的法向產(chǎn)生較大擾動作用，結(jié)果使曲面變對其表面該點(diǎn)處的法向產(chǎn)生較大擾動作用，結(jié)果使曲面變得非常粗糙，通過恰當(dāng)選擇擾動函數(shù)，可使生成圖形具有得非常粗糙，通過恰當(dāng)選擇擾動函數(shù)，可使生成圖形具有不同的皺折紋理效果。不同的皺折紋理效果。 6.7 圖形顏色和顏色模型圖形顏色和顏色模型 一個真實(shí)感圖形離不開顏色，所以說真實(shí)感圖形與顏色一個真實(shí)感圖形離不開顏色，所以說真實(shí)感圖形與顏色有密切關(guān)系，但對于

31、顏色認(rèn)識本質(zhì)直到現(xiàn)在還不十分清楚，有密切關(guān)系，但對于顏色認(rèn)識本質(zhì)直到現(xiàn)在還不十分清楚，它涉及到物理學(xué)、化學(xué)、心理學(xué)及生理學(xué)。它涉及到物理學(xué)、化學(xué)、心理學(xué)及生理學(xué)。6.7.1 顏色的性質(zhì)顏色的性質(zhì)1、顏色本質(zhì)、顏色本質(zhì) 顏色與物體本身、光源、周圍環(huán)境及觀察者視覺有關(guān)系。顏色與物體本身、光源、周圍環(huán)境及觀察者視覺有關(guān)系。人們之所以能見到物體，是因為物體本身發(fā)出光，另外亦能人們之所以能見到物體，是因為物體本身發(fā)出光，另外亦能見到其它的一些物體，這是因為它們能反射光。一張白紙看見到其它的一些物體，這是因為它們能反射光。一張白紙看起來為白色，就因為它在白光照射下，把所有顏色都反射掉起來為白色，就因為它在白光照射下，把所有顏色都反射掉了，什么光也沒有被吸收。如果用藍(lán)色燈光照射白紙，這紙了，什么光也沒有被吸收。如果用藍(lán)色燈光照射白紙，這紙看起來呈