《真实感图形》课件.ppt

*******************真实感图形欢迎来到《真实感图形》课程。本课程将深入探讨计算机图形学中最前沿的技术，帮助您掌握创建逼真数字图像的艺术与科学。引言课程概述探索真实感图形的核心概念、技术和应用。学习目标掌握渲染技术，创建逼真的数字图像和动画。课程结构理论讲解、实践演示和案例分析相结合。真实感图形的定义视觉逼真模拟现实世界的视觉效果，使数字图像难以区分真实照片。物理准确基于物理原理，精确模拟光线传播、材质特性和环境影响。细节丰富呈现微观纹理、复杂几何形状和自然现象的细节。真实感图形的作用影视制作创造逼真的特效和虚拟场景，增强视觉体验。游戏开发提升游戏画面质量，增强玩家沉浸感。建筑设计可视化建筑方案，帮助客户和设计师沟通。虚拟现实构建逼真的虚拟环境，用于培训、教育和娱乐。真实感图形的发展历程11960年代计算机图形学诞生，基本线框模型出现。21970年代发明纹理映射技术，提高表面细节。31980年代光线追踪算法引入，实现更真实的光照效果。41990年代全局光照技术发展，提升整体真实感。52000年代至今实时渲染技术突破，GPU加速计算普及。真实感图形渲染技术的分类基于光栅化快速，适用于实时应用。通过多边形网格和纹理映射实现。基于光线追踪高质量，模拟光线传播。适用于电影特效和静态图像渲染。混合方法结合两种技术优点，平衡性能和质量。常用于现代游戏引擎。光照模型1环境光模拟均匀散射光。2漫反射模拟粗糙表面的光散射。3镜面反射模拟光滑表面的高光。4菲涅耳反射模拟不同角度的反射率变化。5次表面散射模拟半透明材质的内部光传播。阴影渲染阴影映射快速生成硬阴影，适用于实时渲染。基于深度缓冲实现。环境遮蔽模拟物体周围的柔和阴影，增加真实感。软阴影技术模拟面光源产生的柔和阴影边缘，提高视觉质量。体积阴影模拟参与介质中的光线散射，如雾中的光束。材质定义金属高反射率，特征性高光。木材复杂的纹理和各向异性反射。塑料光滑表面，低漫反射。织物微观几何结构，复杂的光散射。材质定义是创建逼真3D图形的关键。它描述了物体表面如何与光相互作用。纹理映射UV展开将3D模型表面展开到2D平面。纹理创建设计或拍摄适合UV的2D图像。纹理应用将2D图像映射回3D模型表面。渲染在渲染过程中应用纹理信息。程序纹理优势无限分辨率内存占用小灵活可调整实现方法数学函数噪声算法分形技术体积纹理定义三维空间中的纹理数据，用于表现物体内部结构。应用模拟木材、大理石等天然材料的内部纹理。技术3D噪声函数、体素数据、程序生成方法。挑战大数据量、渲染性能、内存管理。反射和折射镜面反射模拟光滑表面的完美反射，如镜子或金属表面。折射模拟光线穿过透明介质时的弯曲，如玻璃或水。焦散模拟光线经过反射或折射后在表面形成的光斑图案。全局光照1直接光照光源直接照射物体表面。2间接光照光线经过多次反射后到达物体表面。3色彩渗透物体表面颜色相互影响。4因果现象模拟复杂的光线聚焦效果。实时光照动态光源实时计算移动光源的影响。实时阴影快速更新场景中的阴影效果。屏幕空间反射高效模拟反射效果。环境光遮蔽增强场景深度感和真实感。离线光照优势高质量渲染复杂光照效果精确物理模拟应用场景电影特效建筑可视化产品渲染图形管线应用阶段准备3D场景数据。几何阶段处理顶点和图元。光栅化阶段将图元转换为像素。像素处理阶段计算最终像素颜色。顶点变换1模型变换对象本地坐标到世界坐标。2视图变换世界坐标到相机坐标。3投影变换3D空间到2D屏幕。4视口变换归一化设备坐标到屏幕坐标。光栅化三角形设置准备三角形数据以进行光栅化。三角形遍历确定哪些像素被三角形覆盖。插值计算每个像素的属性值（颜色、深度等）。片元生成为每个覆盖的像素创建片元。片元着色纹理采样从纹理中获取颜色信息。光照计算应用光照模型计算片元颜色。透明度处理处理半透明效果。颜色混合将片元颜色与帧缓冲区颜色混合。BRDF定义双向反射分布函数，描述表面如何反射入射光。应用精确模拟各种材质的光反射特性，提高渲染真实感。类型各向同性BRDF各向异性BRDFPBR基于物理的渲染使用真实世界的物理原理模拟光照和材质。关键参数基础色、金属度、粗糙度、法线贴图。优势提高渲染一致性，简化艺术家工作流程。应用广泛用于游戏、电影和建筑可视化。HDR高动态范围