green yellow
构成线性系统RGB 系统，cyan
white
其中任意颜色可表示为：
red black
C(r,g,b)=rR+gG+bB blue
fuchsine
RGB 颜色系统
Grassmann定理: RGB 颜色系统是连续的
2020/5/24
17
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
同时考虑环境光及光源效果的模型为：
IkaIakdIl(N L )
其中 I a 为入射的泛光光强，k a 为表面对泛光的漫反射系数
2020/5/24
36
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
续：
考虑入射光的距离衰减效果，改进模型为： IkaIakdflI(N L )
第7章 光照明模型
（Illumination Mode）
2020/5/24
1
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
光亮度计算
2020/5/24
2
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
像素的光亮度值对图形真实感的影响
Final Fantasy
变是光 换个到 过非颜 程常色
复的 杂转 的换
2020/5/24
12
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
物体的颜色
光线照射到物体上一点时：
部分光线被吸收（absorbed）
转换为其它形式的能量（如热能）
部分光线通过物体本身
发生 “折射refraction”
续：
计算表面镜面反射光亮度的经验模型：
Is ksIl cons
其中ks为 ：景物表面的 率镜 ， n为面 镜反 面射 高光指
为视线与镜面 之反 间射 的光 夹 Is为 线 角 镜， 面反
N
L
HR
V
2020/5/24
41
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
部分光线发生“反射reflected”
可能向多个方向反射
2020/5/24
13
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
续：
2020/5/24
14
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
2020/5/24
15
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
其中Ia表示环境光强度，可假设为常数；ka表示环境光
反射系数，由物体表面属性确定，在［0，1］取值
2020/5/24
24
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
漫反射模型 ---Lambert 模型
漫反射(diffuse reflection) 模型
光源：无向光或者方向光 模拟效果：入射光向各向均匀反射
与Phong模型综合得到如下的透射模型：
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
续：
2020/5/24
27
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
考虑有向光源的情形
2020/5/24
28
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
以下公式中的常量均具有三个分量
M
IkaIakd fiIli(NLi) i1
2020/5/24
38
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
说明2：Lambert模型的适用范围
适用于：理想漫反射物体，如：石灰墙面、 羊皮纸等。
不适用于：对诸如金属表面的物体不能描 述其镜面反射效果。
2020/5/24
3
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
续：Antz
2020/5/24
4
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
续：Antz
2020/5/24
5
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
根据Lambert定律，得到Lambert光照模型：
IkdIl cos
其中：I为景物表面在被照射点P处的漫反射光的光亮度，
I l 为点光源所发出的入射光亮度
I d 为景物表面的漫反射率
为入射光与表面法向之间的夹角
N L
P
2020/5/24
31
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
2020/5/24
39
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
Phong模型
是考虑物体镜面反射效果的一种“高光”模 型
N
L
R
N
L
R
理想镜面反射
2020/5/24
一般光滑表面的镜面反射
40
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
2020/5/24
44
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
高光指数n的影响
2020/5/24
45
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
Phong模型与Lambert模型的结合
在多点光源照射下，并考虑入射光的距离衰减效 应，得到改进后的Phong模型：
续：
可见的折射和反射光在人眼视网膜上形成 物体的影像
反射和折射光的强度确定物体表面的明暗效果 反射和折射光的光谱能量确定物体表面的颜色
2020/5/24
16
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
颜色的表示
人眼对于三种颜色极为敏感：红绿蓝－三基
色（tricolor）
续：
该光照模型公式可改写为： N L
IkdIl(NL)
P
当夹角大于90度时，光源位于物体背面，此时应取亮度为0 当夹角为0时，光源直接照射在物体表面，此时反射光最强
2020/5/24
32
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
Demo
2020/5/24
33
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
2020/5/24
34
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
2020/5/24
35
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
Lambert漫反射模型的改进
Demo---Control n
2020/5/24
42
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
Demo
Only Diffuse
2020/5/24
phong
43
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
Demo
N=1, 4 ,7
光源类型
环境光照
例如：天空、地面、墙面
方向光源
例如：太阳
点光源
光线从一点发出
2020/5/24
18
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
环境光
2020/5/24
19
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
方向光源
光（light）的概念
电磁波(Electromagnetic radiation, EMR) 在空中的传播
R(l) 表示EMR，用功率来衡量
• l 是波长（wavelength）
日光光谱能量
钨丝灯泡光谱能量
2020/5/24
10
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
可见光（Perceiving light）
是 在 谱光 人 很 确的 眼 窄 定“ 可范 外 见围 表 的内 ”
的由 电其 磁能 波量
2020/5/24
11
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
可见波谱转换为“颜色（color）”
人眼是一个复杂的视觉系统
其中：f为光源强度衰减因子，与距离成反比
考虑多个点光源的叠加作用，改进模型为：
M
IkaIakd fiIli(NLi) i1
2020/5/24
37
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
说明1：光照明模型的颜色表达
假设颜色由红、绿、蓝三原色组合而成
对各颜色分量分别进行如上计算，所得 结果的组合即为物体表面的颜色。
续：
2020/5/24
6
交互式计算机图形学-Interactive Computer Graphics
光亮度(lighteness)计算依据：光照明模型
• 局部光照明模型
•Lambert模型 •Phong模型
• 整体光照明模型
•Whitted模型 •光能辐射度方程（隐式）