【正文】 射光將會在反射方向附近形成很亮的光斑，稱為高光現(xiàn)象 – 鏡面反射光產(chǎn)生的高光區(qū)域只反映光源的顏色 – 鏡面反射系數(shù) 是一個與物體的顏色無關(guān)的參數(shù) ? ? LLNNLNR ????? 2c o s2 ?sK環(huán)境光 ? 環(huán)境光是指光源間接對物體的影響 ? 光在物體和環(huán)境之間多次反射，最終達到平衡 ? 同一環(huán)境下的環(huán)境光光強分布均勻 ? 近似表示： – 為物體對環(huán)境光的反射系數(shù) aKe a aI I K??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 P反射到視點的光強 I為環(huán)境光的反射光強 、理想漫反射光強 、和鏡面反射光 的總和。該截面與三個坐標平面的交線構(gòu)成一個等邊三角形，稱為 色度圖 ? 顏色刺激向量與色度圖 有且僅有 唯一交點，色度圖可以唯一的表示三刺激空間中的所有顏色值 ? 色度圖上每一個點代表不同的顏色，對于三刺激空間中坐標為 X、 Y、 Z的顏色刺激向量 Q，它與色度圖交點的坐標（ x，y， z）即三刺激值也被稱為 色度值 ,X Y Zx y zX Y Z X Y Z X Y Z? ? ?? ? ? ? ? ?CIE色度圖 ? CIE色度圖－色度圖投影到 XY平面上 ? 馬蹄形區(qū)域的邊界和內(nèi)部代表了所有可見光的色度值 ? 邊界彎曲部分代表了光譜在某種純度為百分之百的色光 ? 色度圖與三刺激值是描述顏色的標準精確方法，應(yīng)用較復雜 ? CIE色度圖 ? Z=1XY ? 二維表示 XY紅黃綠青藍紫700600580560540520510500490480700C常用顏色模型 ? 顏色模型是指某個三維顏色空間中的一個可見光子集，包含某個顏色域的所有顏色 ? 顏色模型的用途是在某個顏色域內(nèi)方便地指定顏色 RGB顏色模型 ? 通常使用于彩色光柵圖形顯示設(shè)備中 ? 真實感圖形學中的主要的顏色模型 ? 采用三維直角坐標系 ? RGB立方體 藍（0，0，1） 青（0，1，1）綠（0，1，0）白（1，1，1）品紅（1，0，1）紅（1，0，0） 黃（1，1，0）黑（0，0，0）紅藍綠黃＝紅＋綠品紅＝紅＋藍青＝綠＋藍白＝紅＋綠＋藍? 紅、綠、藍原色混合在一起可以產(chǎn)生復合色 ? 三原色混合效果 CMY顏色模型 ? 以紅、綠、藍的補色青、品紅、黃為原色構(gòu)成的顏色模型 ? 常用于從白光中濾去某種顏色，又被稱為減性原色系統(tǒng)，在白色中減去某種顏色來定義一種顏色 ? 用于印刷行業(yè)中 青＝白－紅黃＝白－藍品紅＝白－綠藍＝白－紅－綠綠＝白－紅－藍紅＝白－綠－藍黑＝白－紅－綠－藍? 印刷硬拷貝設(shè)備的顏色處理 ? 在白紙面上涂黃色和品紅色， 紙面上將呈現(xiàn)紅色 白光被吸收了藍光和綠光， 只能反射紅光 ? RGB顏色模型與 CMY顏色模型都是面向硬件模型 HSV顏色模型 ? HSV顏色模型是面向用戶的 ? 對應(yīng)圓柱坐標系的圓錐形子集 ? 圓錐的頂面對應(yīng)于 V=1 ? 色彩 H由繞 V軸的旋轉(zhuǎn)角給定 ? 飽和度 S取值從 0到 1， 由圓心向圓周過渡 紅（0 度）藍（2 4 0 度）綠（1 2 0 度）黃品紅青HSV畫家配色方法 ? HSV模型對應(yīng)畫家的配色的方法 ? 在一種純色中加入白色以改變色濃，加入黑色以改變色深。還有如何使三原色按某唯一比例混合復現(xiàn)給定顏色的問題。 ? 1862年， Helmhotz在上面的基礎(chǔ)上提出顏色視覺機制學說，即三色學說，也稱為三刺激理論 ? 用三種原色能夠產(chǎn)生各種顏色的三色原理是當今顏色科學中最重要的原理和學說 ? 近代三色學說 – 視網(wǎng)膜中存在著三種椎體細胞，對光刺激的興奮程度不同，分別感受紅、綠、藍光。第 4章 真實感圖形學 – 真實感圖形學研究什么？ – 早期，計算機的速度，使人們滿足于線框圖 – 1967年， Wylie開始了用計算機生成真實感 圖形的探索。 – 21世紀，圖形無所不在！ 內(nèi)容 ? 顏色視覺 簡單光照明模型 ? 局部光照明模型 光透射模型 ? 紋理及紋理映射 整體光照明模型 ? 實時真實感圖形學技術(shù) 4． 1 顏色視覺 分析以下的基本現(xiàn)象： 為什么計算 R、 G、 B三個分量就可以使人有顏色的視覺感覺？ 基本概念 ? 顏色是外來的光刺激作用于人的視覺器官而產(chǎn)生的主觀感覺，影響的因素有： – 物體本身 – 光源 – 周圍環(huán)境 – 觀察者的視覺系統(tǒng) 顏色的特性 ? 顏色的三個視覺特性 (心理學度量） – 色調(diào) (Hue) 一種顏色區(qū)別于其他顏色的 因素，如：紅、綠、藍 – 飽和度 (Saturation) 顏色的純度 – 亮度 (Lightness) 光給人的刺激的強度 ? 對應(yīng)的顏色物理特性 – 主波長（ Dominant Wavelength) 產(chǎn)生顏色光的波長，對應(yīng)于視覺感知的色調(diào) – 純度 (Purity) 對應(yīng)于飽和度 – 明度 (Luminance) 對應(yīng)于光的亮度 亮度飽和度白紅橙黃黃綠綠藍綠綠藍藍 紫色調(diào)黑顏色紡錘體 ? 顏色三特性的空間表示 ? 垂直軸線表示白黑亮度變化 ? 水平圓周上的不同角度點 代表了不同色調(diào)的顏色 ? 從圓心向圓周過渡表示 同一色調(diào)下飽和度的提高 平面圓形上的色調(diào)和飽和度不同， 而亮度相同 光的物理知識 ? 光是人的視覺系統(tǒng)能夠感知到的電磁波 – 波長在 400nm到 700nm之間 (1nm=109m) ? 光可以由它的光譜能量分布 來表示 – 各種波長的能量 大致相等， 為白光 )(?P400 700()P ?能量波長nm?– 各波長的能量 分布不均勻， 為彩色光 – 包含一種波長 的能量，其他 波長都為零， 是單色光 400 700()P ?能量波長nm?400 700()P ?能量波長nm?? 光譜能量分布定義顏色十分麻煩 ? 光譜與顏色的對應(yīng)關(guān)系是多對一 ? 兩種光的光譜分布不同而顏色相同的現(xiàn)象稱為“異譜同色” ? 必須采用其他的定義顏色的方法， 使光本身與顏色一一對應(yīng) 三色學說 ? 顏色視覺及真實感圖形學的生理基礎(chǔ)，顏色科學中最基本、最重要的理論 ? 顏色具有恒常性，顏色之間的對比效應(yīng)能使人區(qū)分不同顏色 ? 顏色具有混合性，牛頓在十七世紀后期用棱鏡把太陽光分散成光譜上的顏色光帶，證明白光由很多顏色光混合而成 ? 十九世紀初 – Yaung提出某種波長的光可以通過三種不同波長的光混合而復現(xiàn)出來的假說 – 紅（ R）、綠（ G）、藍（ B）三原色 – 把三種原色按照不同的比例混合就能準確的復現(xiàn)其他任何波長的光 – 三原色等量混合產(chǎn)生白光 Maxwell用旋轉(zhuǎn)圓盤證實了 Yaung 假設(shè) 。作用與顏色混合相同 – 黃光刺激眼睛的例子 ? 三色學說是真實感圖形學中 RGB顏色模型提出的理論基礎(chǔ) CIE色度圖 ? 三色學說原理說明任何一種顏色可以用紅、綠、藍三原色按照不同比例混合來得到。 ? 顏色匹配－混合光與給定光的顏色相同 ? CIE－國際照明委員會 – 選取的標準紅、綠、藍三種光 (700, 546, ) CIERGB系統(tǒng) ? 光的顏色匹配式子： – 權(quán)值 r、 g、 b為顏色匹配中所需要的 R、 G、B三色光的相對量 ? 1931年， CIE給出 等能標準三原色 匹配任意顏色的 光譜三刺激值曲線 400 500 600 700nm波長0三刺激值1?2?3??c r R g G b B? ? ?CIEXYZ系統(tǒng) ? CIERGB曲線一部分三刺激值是負數(shù)，表明只能在給定光上疊加曲線中負值對應(yīng)的原色，去匹配另兩種原色的混合 – 計算不便，不易理解 ? 1931年 CIEXYZ系統(tǒng)，利用三種假想的標準原色 X、 Y、 Z，使顏色匹配三刺激值都是正值： ? 任何顏色都能由標準三原色混合匹配 （三刺激值是正的） c x X y Y z Z? ? ?色度圖 ? 復現(xiàn)顏色的三原色比例值是否唯一？ ? 三刺激空間－用三原色的單位向量定 義三維顏色空間 ? 顏色刺激表示為三刺激空間中以原點為起點的向量，向量的方向代表顏色 ? 三刺激空間 ? 色度平面 ? 色度圖 YRGBG=1R=1B=1QXZ(x,y,z)色度平面? 在三刺激空間上取通過（ R）、（ G）、（ B）坐標軸單位向量的截面，截面的方程為（ R）＋（ G）＋（ B）＝ 1。同時加入不同比例的白色，黑色即可得到不同色調(diào)的顏色 白灰黑純色色濃色深色調(diào)RGB模型與 HSV模型聯(lián)系 ? RGB立方體從白色頂點沿著主對角線向原點方向投影，可以得到一個正六邊形，該六邊形是 HSV圓錐頂面的一個真子集 ? RGB空間的主對角線， 對應(yīng)于 HSV空間的 V軸 白紅黃綠青藍 品紅4． 2 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)學模型－光照明模型 簡單光照明模型只考慮光源對物體的直接光照 早期發(fā)展 ? 1967年， Wylie等人第一次在顯示物體時加進光照效果，認為光強與距離成反比。 eI dIsI( ) ( ) na a p d p sI I K I K L N I K R V? ? ? ? ?Phong模型的實現(xiàn) ? 對物體表面上的每個點 P，均需計算光線的反射方向。 ? 與某個頂點相鄰的所有多邊形的法向平均值近似作為該頂點的近似法向量 ? 頂點 A相鄰的多邊形有 k個，它的法向量計算為： ? 計算出的平均法向一般與該多邊形物體近似曲面的切平面比較接近 頂點法向計算 121 ()