【正文】 航空航天大學(xué) 明暗處理效果 多邊形效果 Gouraud 明暗處理 50 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 整體光照模型 ?整體光照模型 ? 簡單模型是一種局部模型； ? 不考慮周圍環(huán)境對當(dāng)前景物表面的光照影響； ? 忽略了光能在環(huán)境景物之間的傳遞； ? 必須考慮環(huán)境的漫射、鏡面反射和規(guī)則透射對景物表面產(chǎn)生的整體照明效果； 51 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 整體光照模型 ?透明現(xiàn)象的模擬： ? 自然界的很多物體是透明或半透明的； ? 通過透明物體能清楚地看到其后面的物體，此時，光線會同時產(chǎn)生反射和折射； ? 通過半透明物體只能看到其后面模糊的景物，此時，光線會同時產(chǎn)生反射、折射和漫射； ? 經(jīng)折射后的光線將穿過透明或半透明物體而在它的另一個面射出，形成所謂的 透射光 ； ? 光線穿過曲面性質(zhì)的透明體，所看到的其后面的物體會發(fā)生嚴(yán)重變型，這是由光線的折射引起的； 52 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 透明現(xiàn)象的模擬 ?透明效果的簡單模擬： ?模擬不發(fā)生幾何變形和模糊變形的透明現(xiàn)象； ?實際顏色是物體表面的顏色和透過物體的背景顏色的疊加； I=(1t)Ia+tIb ? t是透明度 ,0≤t ≤ 1； 53 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 透明現(xiàn)象的模擬 ?Whitted光透射模型： ?假設(shè)景物表面向空間某方向 V輻射的光亮度 I由三部分組成： ?由光源直接照射引起的 反射光亮度 Ic； ?沿 V的鏡面反射方向 r來的環(huán)境光 Is投射在光滑表面上產(chǎn)生的 鏡面反射光 ； ?沿 V的規(guī)則透射方向 t來的 環(huán)境光 It通過投射在透明體 表面上產(chǎn)生的 規(guī)則透射光 ； 54 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 透明現(xiàn)象的模擬 ?Whitted光透射模型： ?在簡單光照模型上，加上透射光項： ?It為折射方向的入射光強(qiáng)度； ?Kt‘為透射系數(shù)， 0～ 1之間常數(shù)，取決于物體的材料 ?對于鏡面反射體，再加上反射光項； ?Is為鏡面反射方向的入射光強(qiáng)度； ?Ks‘為鏡面反射系數(shù)； 55 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 透明現(xiàn)象的模擬 ?Whitted光透射模型： ? 反射光亮度 Ic計算可以采用 Phong模型； ? 關(guān)鍵是透射光與反射光項的計算 : ?給定視線方向 V與法向方向 N，視線方向 V的反射方向 S可以由下式計算 ： ?Whitted的折射方向計算公式 : 56 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 整體光照模型 ?物體間光學(xué)傳遞的計算： ? 鏡面反射光與規(guī)則透射光是其他物體所傳遞過來的，其他物體上的光線又是由周圍物體傳遞的； ? Whitted模型的計算是個遞歸過程； 57 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 整體光照模型 ?光線跟蹤： ? 視點方向的光亮度： ?局部光亮度； ?環(huán)境鏡面反射光； ?規(guī)則透視光； ? 從光源發(fā)出的光遇到物體的表面，發(fā)生反射和折射，光就改變方向，沿著反射方向和折射方向繼續(xù)前進(jìn)，直到遇到新的物體； ? 光線跟蹤算法是自然界光照明物理過程的近似逆過程，即逆向跟蹤從光源發(fā)出的光經(jīng)景物間的多次反射、折射購?fù)渡涞骄拔锉砻?，進(jìn)入人眼的過程； 直接光 間接光 58 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 整體光照模型 ?光線跟蹤過程： 59 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 整體光照模型 ?光線跟蹤： ?光線跟蹤算法可以跟蹤物體間的鏡面反射光線和規(guī)則透射，模擬了理想表面的光的傳播； ?跟蹤的終止條件： ?1. 該光線未碰到任何物體； ?2. 該光線碰到了背景； ?3. 光線在經(jīng)過許多次反射和折射以后，就會產(chǎn)生衰減，光線對于視點的光強(qiáng)貢獻(xiàn)很?。ㄐ∮谀硞€設(shè)定值）； ?4. 光線反射或折射次數(shù)即跟蹤深度大于一定值。 ? 對所有的點總共只需計算一次 H的值，節(jié) 省計算時間。 ? 為減少計算量，作如下 假設(shè)： ?a)光源在無窮遠(yuǎn)處。 明 度 顏色樣品 ?真實感圖形繪制： ?顏色模型； ?光照模型； ?紋理； ?其他 ?整體光照 — 輻射度方法； ?實時真實感圖形學(xué)技術(shù)； ?基于圖像的繪制技術(shù)； 25 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 26 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 真實感繪制 ?光學(xué)物理： ?物體所呈現(xiàn)的顏色： ?是由表面向視線方向輻射的光能決定的； ?表面輻射光中包含的可見光波長決定了光的顏色； ?計算機(jī)圖形學(xué)中： ?使用 光亮度 描述物體表面朝某方向輻射光的顏色； ?既能表示光能大小又能表示其顏色的物理量； ?可以正確的描述光在物體表面的反射、透射和吸收現(xiàn)象，正確計算出物體表面在空間給定方向上的光的顏色； 27 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 真實感繪制 觀 察 者屏 幕 光 柵 網(wǎng) 格景 物可 見 點?光照明模型： 28 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 真實感繪制 ?光照模型： ?計算物體表面向給定方向輻射的光亮度； ?簡單光照模型： ?僅考慮光源照射在物體表面產(chǎn)生的反射光； ?假定物體表面是光滑的且由理想材料構(gòu)成； ?整體光照模型 ?還要考慮周圍環(huán)境的光對物體表面的影響； ?模擬出鏡面映像、透明等較精致的光照效果； ?陰影生成； ?表面紋理細(xì)節(jié)； 29 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 光照模型 ?光作用 ? 反射； ? 透射 — 透明體可以透射光線； ? 吸收 — 被物體吸收轉(zhuǎn)化為熱能； ? 只有透射光和反射光能夠產(chǎn)生視覺效果； ? 決定了表面的明暗強(qiáng)度和顏色； ? 又取決于入射光和表面的吸收性能； ? 精確計算： ?入射光的光譜分布； ?物體表面的反射率和透射率光譜； 30 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 簡單光照模型 ?簡單光照模型： ?只考慮被照明物體的幾何對反射光的影響； ?環(huán)境假設(shè)為由白光照明； ?反射光的顏色由用戶選定； ?不去關(guān)心照明光源的顏色和構(gòu)成物體表面的材料； 31 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 簡單光照模型 ?反射光的種類： ?環(huán)境反射 (Ambient light) ?入射光均勻地從周圍環(huán)境入射至景物表面并等量地向各個方向反射出去； ?漫反射 (Diffuse Reflection) ?特定光源在表面的反射光中那些向空間各方向均勻反射出去的光； ?鏡面反射 (Specular Reflection) ?遵守反射定律，對稱地分布在表面法線兩側(cè)； 32 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 簡單光照模型 ?環(huán)境光 (Ambient light) ?在物體和周圍環(huán)境之間多次反射后，最終達(dá)到平衡時的一種光，又稱為 背景光 ； ?光強(qiáng) — 空間上分布均勻，即任何位置和方向光強(qiáng)度一樣，亮度值記為 Ia； ?反射系數(shù) — 與物體表面性質(zhì)有關(guān)，決定物體表面呈現(xiàn)的亮度，記為 Ka ； ?光照模型方程 Ie = Ka Ia Ie為物體表面呈現(xiàn)的亮度 Ka = Ka = 33 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 簡單光照模型 ?漫反射 (Diffuse reflection)： ?點光源向周圍所有方向發(fā)射等強(qiáng)度的光； ?漫反射光是由物體表面的粗糙不平引起的，它均勻地向各個方向傳播，與視點無關(guān)； 34 2022/2/12 北京航空航天大學(xué) 簡單光照模型 ?漫反射 (Diffu