计算机图形学、明暗效应与光照模型.ppt

6.4 明暗效应 定义：指的是对光照射到物体表面所产生的反射或透射现象的模拟。 影像因素： 物体：几何形状、位置、朝向 光源:位置、距离、颜色、数量、强度、种类 环境:遮挡关系、光的反射与折射、阴影 视点位置 物体性质:材料、颜色、透明度 折射性 表面光滑度 泛光 在空间中近似均匀分布，即在任何位置、任何方向上强度一样。 从不同物体表面所产生的反射光的统一照明 没有空间和方向上的特征 具体面上反射强度依赖于材质属性 用于模拟从环境 漫反射光 定义 粗糙、无光泽物体（如粉笔）表面对光的反射。 点光源的照射 照在物体的不同部分其亮度也不同，亮度I的大小依赖于物体的朝向及它与点光源之间的距离。 特点 空间分布是均匀的。 兰伯特（Lambert）余弦定律 反射光强与入射光的入射角的余弦成正比。 光照明方程 点光源的亮度 漫反射系数 入射角 镜面反射光 定义 光滑物体（如金属或塑料）表面对光的反射 高光 入射光在光滑物体表面形成的特别亮的区域 光照明方程 — 物体镜面反射系数 — 视线与反射方向的夹角 n — 镜面反射指数或会聚指数，n越大，物体越光滑。 处理方法 将泛光与漫反射光结合起来 例子 分类：均匀着色与光滑着色 均匀着色 所适用场景：1）光源在无穷远处； 2）视点在无穷远处； 3）多边形是物体表面的精确表示； 光滑着色，亦称插值着色 曲面均匀着色 将曲面体用多边体近似表示，再进行均匀着色 把曲面体离散成很细的小面片 存储容量与处理时间耗费很大 把曲面体离散成很粗的面片 产生马赫带效应 光滑着色(插值着色) Gouraud方法 Phong方法 Gouraud方法 通过对多边形顶点颜色进行线性插值来获得其内部各点颜色，又称颜色插值着色方法。 对多边体中的每一个多边形，其着色步骤如下： 1）计算多边形顶点的单位法矢量； 2）利用光照明方程计算顶点的颜色； 3）在扫描线消隐算法中，对多边形顶点颜色进行双线性插值，获得多边形内部（位于多边形内的扫描线上）各点的颜色。 Phong方法 通过对多边形顶点的法矢量进行线性插值来获得其内部各点的法矢量，又称法向插值着色方法。 步骤如下： 1）计算多边形顶点的单位法矢量； 2）在扫描线消隐算法中，对多边形顶点的法矢量进行双线性插值，获得多边形内部（位于多边形内的扫描线上）各点的法矢量； 3）利用光照明方程计算各点的颜色。 两方法的比较 1）Phong着色方法计算量远大于Gouraud着色方法。 2） Phong着色方法绘制的图形比Gouraud方法更真实。 透明 简单透明不考虑折射现象 插值透明 * 光照明方程： 入射的泛光光强，与环境的明暗度有关； 漫反射系数，在分布均匀的环境光照射下，不同物体表面所呈现的亮度未必相同，因为它们的漫反射系数不同。 例子 漫反射光的强度只与入射角有关 理想镜面反射 非理想镜面反射