真實感圖形ppt課件(2)-資料下載頁
2025-05-01 22:20本頁面
【正文】 很難表現(xiàn)自然界復(fù)雜場景的高質(zhì)量真實感圖形。為了增加圖形的真實感，必須考慮環(huán)境的漫射、鏡面反射和規(guī)則投射對景物表面產(chǎn)生的整體照明效果。 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 整體光照明模型 ? 物體表面入射光的構(gòu)成 （ 1）光源直接照射 （ 2）其它物體的反射光 （ 3）透射光 ? 局部光照明模型僅考慮了（ 1） 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 整體光照明模型 ? 例如：從視點觀察到的物體 A表面的亮度來源于三方面的貢獻： （ 1）光源直接照射到 A的表面，然后被反射到人眼中的光產(chǎn)生的。 （ 2）光源或其它物體的光經(jīng) A物體折射到人眼中的光產(chǎn)生的。 （ 3）物體 B的表面將光反射到物體A的表面，再經(jīng)物體 A的表面反射到人眼中產(chǎn)生的。 ? 局部光照明模型僅考慮了（ 1） 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 Witted光照模型 ? Whitted光照模型基于如下假設(shè)： ? 物體表面向視點方向 V輻射的光亮度 I?由三部分組成： （ 1）光源直接照射引起的反射光亮度 Il?。 （ 2）來自 V的鏡面反射方向 R的其它物體反射或折射來的光的亮度 Is?。 （ 3）來自 V的透射方向 T的其它物體反射或折射來的光的亮度 It? 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 Witted光照模型 ? Witted光照模型： I?= Il? + Ks Is? + KtIt? ? 或 – Is?為鏡面反射方向的入射光強度； Ks為鏡面反射系數(shù)，為 0～ 1之間的一個常數(shù) – It?為折射方向光強， Kt為透射系數(shù)，是 0 ～ 1之間的常數(shù) – Il?的計算可采用 Phong模型 因此，關(guān)鍵是 Is和 It的計算。如何計算呢？ ?????? tttsssl ICKICKII ???南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 Witted光照模型 反射、折射方向計算 ? 已知視線方向 V，求其反射方向 R與折射方向 T（ N是表面的法向方向 ） ? 視線 V的反射方向 R ? 折射方向 T NVRLTi?i?t?i?t?VVNNR ??? )(2INT titi???????????)c o sc o s(令南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 光線跟蹤算法的基本原理 ? 自然界中光線的傳播過程 光源 物體表面 物體表面 人眼 ? 光線跟蹤過程 光線傳播的逆過程 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 光線跟蹤算法的基本原理 ? 從視點向每個 象素發(fā)出一條光線，它與場景中的一些物體表面相交，最近的交點即為可見點，記為 P，像素的亮度即由 P點的亮度確定。由 Whitted光照模型可知， P點的亮度由三部分組成：其中 Il?可以直接由局部光照模型計算得到。 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 光線跟蹤算法的基本原理 ? 為了求 Is?和 It?，從 P點發(fā)出反射光線和透射光線，它分別交場景中的物體表面于 Ps和 Pt， Ps和 Pt點的亮度即分別為 Is?和 It? ，將它們求出代入 Whitted模型即可。但是， Is?和 It?同樣由Whitted模型確定，即 Whitted模型是一個遞歸式，從而計算 Is?和 It?需要重復(fù)以上的計算過程 :計算局部光亮度、發(fā)出反射光線與透射光線。可以用一棵光線樹來表示 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 光線跟蹤算法的基本原理 ? 遞歸終止條件： 光線不與場景中的任何物體相交 被跟蹤的光線達到了給定的層次 由于 Ks和 Kt都小于 0，當(dāng)光線經(jīng)過反射和折射后，其亮度會衰減。因此可以預(yù)先設(shè)置一個閾值，在進行光線跟蹤時，若被跟蹤光線對像素亮度的貢獻小于這個閾值，便停止跟蹤。 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 光線跟蹤算法 算法描述 設(shè)置視點，投影平面以及窗口的參數(shù)； For （窗口內(nèi)的每一條掃描線） for （掃描線上的每一個像素） { 確定從視點指向像素中心的光線 ray； 像素的顏色 =RayTracing(ray,1)； } 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 光線跟蹤算法描述 Color RayTracing(Ray ray, int depth) { 求 ray與物體表面最近的交點 P； if （有交點） { 用局部光照明模型計算 P點的 Ic； color = Ic。 if （ depth給定的最大跟蹤層次） { 計算 ray的反射光線； Is=RayTracing(反射光線， depth+1）； if （物體是透明的） { 計算 ray的透射光線； It=RayTracing(透射光線， depth+1)。 } color = Ic + Is + It 。 } } else color = black； return color 。 } 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 光線跟蹤算法 根據(jù)光線跟蹤基本原理，假設(shè)在顯示分辨率為N M的屏幕上生成圖形，必須從視點出發(fā)通過屏幕向景物發(fā)射 N M條光線。設(shè)每根光線在場景中經(jīng)過反射和折射平均派生出 d根光線，并設(shè)每一景物交點朝光源發(fā)射 m 條陰影探測光線，則總的光線數(shù)增加至 (m+1)dNM。當(dāng) m為 2， d為 5，N為 800， M為 600時，其光線數(shù)目是 720萬條。這意味著需進行 720萬次直線與景物的求交計算才能完成圖形的繪制。龐大的求交量使圖形繪制耗費大大增加。生成一幅中等復(fù)雜程度的真實感圖形需要數(shù)分鐘至數(shù)小時。 南昌大學(xué)信息工程學(xué)院計算機系 徐少平 光線跟蹤算法 優(yōu)點： 能夠方便的產(chǎn)生陰影，模擬鏡面反射與折射現(xiàn)象。 缺點： 計算量大，每一條光線都要與場景中的物體進行求交、計算光照模型等。
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