哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(參考版)
2025-08-04 16:36本頁面
【正文】 73 光線跟蹤原理 (3/6) 上述光線跟蹤過程可以用 一棵二叉樹（稱為 光線樹 ）來表示 光線跟蹤算法的原理示意圖 P P1 Pr Pt It Ie I 觀察者 光線 投影面上的像素位置 R z N V T Pt Pr P1 A B C P (a) 光線跟蹤過程示意圖 (b) 光線樹示意圖 74 光線跟蹤原理 (4/6) 光線與實(shí)體的求交 ? 75%以上的工作量用于求交計(jì)算 光線跟蹤方法實(shí)用的關(guān)鍵 ? 線與面求交 算法的效率 75 光線跟蹤原理 (5/6) 包圍球 或 包圍盒 方法 ? 求交之前檢測物體是否與光線相交 ? 如果預(yù)測可能相交，再執(zhí)行具體的線面求交算法 76 光線跟蹤原理 (6/6) 優(yōu)點(diǎn) ? 能模擬環(huán)境的鏡面反射、規(guī)則透射以及透明體陰影等復(fù)雜精致的光照效果。 67 過程紋理 (3/6) 渦流函數(shù) ? turbulence ? Perlin于 1985年提出 ? 近似描述湍流現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ? ? 用一系列 三維噪聲函數(shù)的疊加 來構(gòu)造 ? 應(yīng)用于大理石、火焰以及云彩等自然紋理的模擬 ???kiii Xn o i s eXt u r b u l e n c e0 2)2()(68 過程紋理 (4/6) 用 turbulence函數(shù)模擬紋理的步驟 ? 利用基本函數(shù)形式表示紋理的基本特征 ? 用 turbulence函數(shù)來擾動 上述函數(shù)的一些參數(shù)，以加入各種高階紋理細(xì)節(jié) 69 Fourier合成技術(shù) ? 將一系列不同頻率、相位的正弦（或余弦）波迭加起來產(chǎn)生所需的紋理模式 既可在空間域中合成，亦可在頻率域中合成 ? 成功用于模擬水波、云彩、山脈和森林等自然景象 過程紋理 (5/6) 70 ???????????????niziziiniyiyiinixixiiAxCAxCAxCzyxT101010])[ c o s ( ])[ c o s ( ])[ c o s (),(??????1 ),c o s (2)c o s (2 ),c o s (22 ,2 ,21),(,2201,1,1,1,1,1,11????????????????AyxzzyxTCCCyiizxiiyziixziizyiiyxiixii???????????????使得選取過程紋理 (6/6) 71 光線跟蹤原理 (1/6) 光線投射（ Ray Casting） ? 被跟蹤的光線僅從每個像素到離它最近的景物為止； 光線跟蹤 （ Raytrace） ? Appel在 1968年提出 ? 通過跟蹤多條從視點(diǎn)發(fā)出的光線在場景中的路徑，以得到多個景物表面所產(chǎn)生的反射和折射影響； ? 是光線投射算法的延伸。1 （二） 蘇 小 紅 哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2 光照模型 (1/6) ?Illumination Model ? 根據(jù)光學(xué)物理的有關(guān)定律 ? 計(jì)算景物表面上任意一點(diǎn)投向觀察者眼中的 ? 光亮度的大小和色彩組成的公式 ?隱面消除算法 ?光照模型計(jì)算亮度和色彩 3 光照模型 (2/6) ?來自光源和周圍環(huán)境的入射光 照在物體表面上時 ， 可能被 ? 吸收 —— 吸收的入射光能轉(zhuǎn)化為熱能 ? 反射 ? 透射 不僅取決于景物表面的 表面特性 還取決于入射光能的光源的 照明特性 4 光照模型 (3/6) ?表面特性 ? 景物表面的 材料 反射系數(shù) —— 決定入射光中有多少光線被反射 透明性 —— 決定有多少光線從物體后面透射過來 反射光和透射光的光譜分布 —— 決定了景物表面呈現(xiàn)的顏色 反射光和透射光的強(qiáng)弱 —— 決定了景物表面的明暗程度 ? 景物表面的 朝向 ? 景物表面 與光源的相對位置 5 光照模型 (4/6) ?照明特性 ? 光源的性質(zhì) ?幾何性質(zhì)：點(diǎn)光源 、 線光源 、 面光源 、 體光源 ?色彩 （ 光譜分布 ） ?強(qiáng)度 ?方向 ? 點(diǎn)光源 ? 向周圍輻射等強(qiáng)度的光 6 光照模型 (5/6) ?局部光照模型 ? 只考慮光源直接照射在景物表面所產(chǎn)生的光照效果 ? 景物表面通常被假定為不透明 ， 均勻反射率 ?整體光照模型 ? 考慮周圍環(huán)境對景物表面的影響 ? 不僅能模擬 連續(xù)的明暗色調(diào) 、 鏡面高光 、 陰影 ? 還能模擬 ?鏡面映像 、 光的折射 、 相鄰景物表面之間的色彩輝映等較為復(fù)雜精致的效果 7 光照模型 (6/6)
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