10光照模型与面绘制

光照模型与面绘制第10章2什么是面绘制？•三维图形对象（多面体）–顶点坐标–表面物性•光源–光源位置（坐标表示）–光源特性•表面上任意点真实的颜色？3影响表面颜色的因素物体的几何形状物性光源视点位置环境（其它物体）410.3基本光照模型p457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•仅考虑光源照射在物体表面产生的反射光；•忽略光源的颜色和几何形状（点光源白光照明）；•可以模拟出不透明物体表面的明暗过渡，具有一定的真实感。510.3.1环境光•定义----光线在场景中经过复杂传播之后，形成的弥漫于整个空间的光线•光照明模型–环境光亮度（光源）–环境光反射系数(物体材质）ambdiffdaIKIaIaK6环境光•例子=1.0=0.4=0.8aIaKaK7漫反射•点光源----向周围辐射等强度的光•漫反射----粗糙、无光泽物体（如粉笔）表面对光的反射8漫反射p458-459•光照明方程–点光源的亮度–漫反射系数–入射角,cos[0,]2ldiffldIIKlIdK9漫反射•将环境光与漫反射结合起来•例子()diffaaldIIKIKLN1010.3.3镜面反射与Phong模型p460•高光----入射光在光滑物体表面形成的特别亮的区域•镜面反射----光滑物体（如金属或塑料）表面对光的反射11镜面反射与Phong模型•理想镜面反射12镜面反射与Phong模型（续）•非理想镜面反射13非理想镜面反射p46014镜面反射系数15镜面反射与Phong模型p462•Phong模型或–Ks----镜面反射系数–Ns----镜面反射指数,cossnlspeclsIIK()snllsIIKVR16186412825617R+L=(2N·L)NR=(2N·L)N-L18（R•V）的近似--（H•N）近似（R•V），H为L与V的平分向量。--不需要N，减少了计算量NHLRVbH----L和V的角平分线19基本光照明模型几何关系PLNHRV20漫反射和镜面反射合并p463•单个点光源式10.17()()sdiffspecnaaldlsIIIIKIKNLIKNH21实际情况的综合•多光源10.3.5•强度衰减10.3.7•颜色通道10.3.8•自发光10.3.1022多光源10.18式纠正1[()()]snnambientidisiiIIIkLNkNH23彩色场景])()([nsdlaaRVKNLKIKIIBGR,,每个光源三个分量，材质有三套反射系数与之对应(OpenGL),分别计算然后再叠加。24强度衰减•P454式10.2•光的传播以距离平方衰减，实际使用混合衰减模型22101)(dcdccdf252610.4.3基本透明模型•不考虑透明体对光的折射以及透明物体本身的厚度•光通过物体表面不改变方向),(yxaIbI透明体不透明体27插值透明p4682111)1(IKIKIttKt1为透明系数称1-Kt1为不透明度Alpha.上式变为21)1(III2810.10多边形绘制p47810.10.1恒定强度明暗处理（均匀着色）–任取多边形上一点，利用光照明方程计算出它的颜色–用这个颜色填充整个多边形–每个多边形只需计算一次光照明方程，速度快–相邻多边形颜色过渡不光滑–demo29Gouraud明暗处理•颜色插值着色方法•步骤1、计算多边形的单位法矢量2、计算多边形顶点的单位法矢量niniivNiNN1130Gouraud明暗处理3、利用光照明方程计算顶点颜色4、对多边形顶点颜色进行双线性插值，获得多边形内部各点的颜色*采用增量算法可以加速计算#P480BABAAABBPBBBAAAIxxxxIxxxxIIyyyyIyyyyIIyyyyIyyyyI331113132211121231Gourand明暗处理•优点：能有效的显示漫反射曲面，计算量小•缺点：•1、高光有时会异常•2、当对曲面采用不同的多边形进行分割时会产生不同的效果。•3、Gouraud明暗处理会造成表面上出现过亮或过暗的条纹，称为马赫带（Mach_band）效应•改进－Phong提出双线性法向插值，以时间为代价，解决高光问题32Phong明暗处理•法向插值着色方法•步骤1、计算多边形单位法矢量2、计算多边形顶点单位法矢量3对多边形顶点的法矢量进行双线性插值，获得多边形内部（位于多边形内的扫描线上）各点的法矢量；4、利用光照明方程计算多边形内部各点颜色33Phong明暗处理•NA由N1、N2线性插值得到：BABAAABBPBBBAAANxxxxNxxxxNNyyyyNyyyyNNyyyyNyyyyN331113132211121234Phongshadingisnotsosimple!•Gouraud明暗处理(vertexshading),OpenGL•Phong明暗处理(pixelshading,1973!)•***阅读10.10.4