【正文】 模型是真實(shí)感圖形學(xué)中提出的第一個(gè)有影響的光照明模型 ? 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?Phong模型存在不足： ? 顯示出的物體象塑料，無質(zhì)感變化 ? 沒有考慮物體間相互反射光 ? 鏡面反射顏色與材質(zhì)無關(guān) ? 鏡面反射大入射角失真現(xiàn)象 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 39 多邊形繪制方法 ? 分類： 均勻著色與光滑著色 ? 均勻著色 方法：任取多邊形上一點(diǎn)，利用光照明方程計(jì)算出它的顏色，用這個(gè)顏色填充整個(gè)多邊形 適用場(chǎng)合： 1）光源在無窮遠(yuǎn)處； 2）視點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)處； 3）多邊形是物體表面的精確表示； 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 40 多邊形繪制方法 ? 缺點(diǎn)：產(chǎn)生的圖形效果不好。而當(dāng) Z0e [Zb,Zf]時(shí)， I’=S0I，亮度被部分衰減。經(jīng)過改進(jìn)，這種技術(shù)同樣適用于真實(shí)感圖形顯示。 ? n越大，表面越平滑（散射現(xiàn)象少，稍一偏離，明暗亮度急劇下降） ? n越小，表面越毛糙（散射現(xiàn)象嚴(yán)重） ansps KII co s? nsps RVKII )( ??或 pI2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 23 簡單光照明模型 鏡面反射 ? 反射方向計(jì)算 ? L在 N上的投影矢量為 Ncosu，則 S+L= Ncosu 記矢量 S= Ncosu L 則有 R= Ncosu +S ? ? LLNNLNR ????? 2co s2 ?NRL V??S S2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 24 簡單光照明模型 Phong光照明模型 ? 簡單光照明模型模擬物體表面對(duì)光的反射作用 ,光源為點(diǎn)光源 ? 反射作用分為 ? 物體間作用用環(huán)境光 (Ambient Light) ? 漫反射 (Diffuse Reflection) ? 鏡面反射 (Specular Reflection) 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 25 簡單光照明模型 Phong光照明模型 ? Phong光照明模型的綜合表述：由物體表面上一點(diǎn) P反射到視點(diǎn)的光強(qiáng) I為環(huán)境光的反射光強(qiáng) Ie、理想漫反射光強(qiáng) Id、和鏡面反射光 Is的總和。 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 21 簡單光照明模型 鏡面反射 ? 非理想鏡面反射 ? P為物體表面上一點(diǎn)， L為從 P指向光源的單位矢量， N為單位法矢量， R為反射單位矢量， V為從 P指向視點(diǎn)的單位矢量 光滑平面 I = Ip K scosna 鏡面 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 22 簡單光照明模型 鏡面反射 ? 鏡面反射 ? Is為 鏡面反射光強(qiáng)。 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 15 簡單光照明模型 ? 考慮引入點(diǎn)光源。 ? 1970年， Bouknight提出第一個(gè)光反射模型： Lambert漫反射＋環(huán)境光 ? 1971年， Gouraud提出漫反射模型加插值的思想 ? 1975年， Phong提出圖形學(xué)中第一個(gè)有影響的光照明模型 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 7 相關(guān)物理知識(shí) ? 光的傳播 ? 反射定律：入射角等于反射角，而且反射光線、入射光線與法向量在同一平面上 光源 法向量 入射光 反射光 視線 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 8 折射定律 ? 折射定律：折射線在入射線與法線構(gòu)成的平面上，折射角與入射角滿足 入射光折射光??2?1?12s ins in?????2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 9 能量關(guān)系 ? 在光的反射和折射現(xiàn)象中的能量分布： ? 下標(biāo)為 i,d,s,t,v的能量項(xiàng)分別表示 為入射光強(qiáng)，漫反射光強(qiáng)，鏡面反射光強(qiáng)，透射光強(qiáng)，吸收光強(qiáng) ? 能量是守恒的 i d s t vI I I I I? ? ? ?2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 10 簡單光照明模型 模擬物體表面的光照明物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型－光照明模型 簡單光照明模型 亦稱局部光照明模型，其假定物體是不透明的，只考慮光源的直接照射，而將光在物體之間的傳播效果籠統(tǒng)地模擬為環(huán)境光。 可以處理物體之間光照的相互作用的模型稱為整體光照明模型 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 11 簡單光照明模型 光照射到物體表面，主要發(fā)生： 反射 透射（對(duì)透明物體） 部分被吸收成熱能 反射光，透射光決定了物體所呈現(xiàn)的顏色 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 12 簡單光照明模型 環(huán)境光 假定物體是不透明的（即無透射光） ? 環(huán)境光： 在空間中近似均勻分布，即在任何位置、任何方向上強(qiáng)度一樣 ,記為 Ia ? 環(huán)境光反射系數(shù) Ka： 在分布均勻的環(huán)境光照射下，不同物體表面所呈現(xiàn)的亮度未必相同，因?yàn)樗鼈兊沫h(huán)境光反射系數(shù)不同。 ? 點(diǎn)光源：幾何形狀為一個(gè)點(diǎn)，位于空間中的某個(gè)位置，向周圍所有的方向上輻射等強(qiáng)度的光。 點(diǎn)光源的亮度 ? Ks是與物體有關(guān)的鏡面反射系數(shù)。 ])()([ nsdpaasdeRVKNLKIKIIIII????????2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 26 簡單光照明模型 Phong光照明模型的實(shí)現(xiàn) ? 對(duì)物體表面上的每個(gè)點(diǎn) P，均需計(jì)算光線的反射方向。 ? 設(shè)前參考面 Z=Zf，后參考面 Z=Zb；其比例因子分別為 Sf和 Sb（ Sf和 Sb e[0,1]）。由此可以產(chǎn)生較好的效果。 ? 如左圖：相鄰兩個(gè)多邊形的法向不同，計(jì)算出來的顏色也不同，因此造成整個(gè)物體表面的顏色過渡不光滑。 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 42 Gourand 著色方法 ? 對(duì)多邊形網(wǎng)格中的每一個(gè)多邊形，Gourand 著色處理分為如下四個(gè)步驟： ? 步驟 計(jì)算多邊形的單位法矢量 計(jì)算多邊形頂點(diǎn)的單位法矢量 2021/6/15 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 43 ? 與某個(gè)頂點(diǎn)相鄰的所有多邊形的法向平均值近似作為該頂點(diǎn)的近似法向量 ? 計(jì)算出的平均法向一般與該多邊形物體