計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第九章(已修改)
2025-05-28 15:31 本頁(yè)面
【正文】 第九章 真實(shí)感圖形生成技術(shù) 本 章 重 點(diǎn) 。 。 形明暗處理的方法。 難點(diǎn) ： ？ ？ 引言 真實(shí)感圖形的繪制是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)重要組成部分， 它綜合利用了數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和其它科學(xué)知識(shí)，在 計(jì)算機(jī)圖形設(shè)備上生成象彩色照片那樣的真實(shí)感圖形。 一 . 真實(shí)感圖形的生成步驟 ★ 初始數(shù)據(jù)的輸入 ★ 圖形變換 ★ 消隱和裁剪 ★ 輝度計(jì)算 根據(jù)基于光學(xué)物理的光照模型，計(jì)算可見(jiàn)面投射到觀察者 眼中的光亮度大小和色彩分量，并將它轉(zhuǎn)換成適合圖形設(shè)備的 顏色值，從而確定投影面上每一象素的顏色，最終生成圖形。 二 . 顏色 三基色原理 三基色的條件是：這三種顏色中任意二種的組合都不能產(chǎn)生 第三種顏色 ， 這三種基本顏色就稱之為三基色 。 最常用的三基色 是 紅色 (Red)、 綠色 (Green)、 藍(lán)色 (Blue)。 由配色實(shí)驗(yàn)可知 ， 標(biāo)準(zhǔn)白光的配色方程為 ： F白 ＝ 1[R]＋ 1[G]＋ 1[B] 任意彩色光的配色方程為 ： F＝ R[R]＋ G[G]＋ B[B] 其中 ， [R]、 [G]、 [B]分別為紅基色單位 、 綠基色單位和藍(lán)基色 單位 ， R、 G、 B分別表示合成顏色 F時(shí)所需紅 、 綠 、 藍(lán)三刺激值的 大小 。 三 . 光照模型 物體上某一種顏色的明暗程度 (輝度 )需采用光照模型進(jìn)行計(jì)算 。 簡(jiǎn)單的光照模型僅考慮光源照射到物體表面產(chǎn)生的反射光 ， 所生成的圖形可以模擬出不透明物體表面的明暗程度 ， 具有一定的真實(shí)感 。 復(fù)雜的光照模型除了考慮上述因素之外 ， 還要考慮周圍環(huán)境光對(duì)物體表面的影響 。 它可以模擬出鏡面映象 、 透明 、 紋理等 ， 可使繪制的圖形更逼真 。 簡(jiǎn)單光照模型 當(dāng)光照射到物體表面上時(shí) ， 會(huì)出現(xiàn)三種情況： ① 光可以通過(guò)物體表面向空間反射 ， 產(chǎn)生反射光 。 ② 對(duì)于透明體 ， 光可以穿透該物體并從另一端射出 ， 產(chǎn)生透射光 。 ③ 部分光將被物體表面吸收而轉(zhuǎn)換成熱 。 上述三部分中 ， 僅僅是反射光和透射光能夠進(jìn)入人眼產(chǎn)生視覺(jué)效果 。 物體表面的反射光和透射光的強(qiáng)弱決定了物體表面的明暗程度，而這些光中所含不同波長(zhǎng)光的比例則決定了物體表面的色彩。 一般我們假定入射光均為白光。 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 ， 反射光由三個(gè)分量組成 ， 分別是環(huán)境反射 、 漫反射和鏡面反射 。 環(huán)境反射分量是假設(shè)入射光均勻地從周圍環(huán)境入射至物體表面 ， 并等量地向各個(gè)方向反射出去 ， 因此也可以看成是一種漫反射光 ， 且只占一般漫反射光的很小一部分 。 一 . 漫反射 分量表示特定光源在物體表面產(chǎn)生的反射光中，那些向空間各個(gè)方向均勻反射出去的光，這種反射光的計(jì)算可以使用朗伯余弦定律：對(duì)于一個(gè)漫反射體，其 表面的反射光亮度和光源入射角 (入射光線與表面法向量的夾角 )的余弦成正比。 即： I漫 ＝ IpdCOSθ 其中 I漫 為表面反射光亮度 Ipd為光線垂直入射時(shí)反射光亮度 θ為光線入射角 朗伯余弦定律說(shuō)明了當(dāng)觀察一個(gè)漫反射體時(shí) ， 人眼接收到的光亮
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