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计算机图形学 11、明暗效应与光照模型解析
n — 镜面反射指数或会聚指数,n越大,物体越光滑。
理想镜面反射
非理想镜面反射
处理方法
将泛光与漫反射光结合起来
例子 I Ie Id IaKa I pKd (L N )
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。
光照明方程
Il 点光源的亮度
Kd 漫反射系数
入射角
I Kd Il cos
[0, ]
2
漫反射光的强度只与入射角有关
定义
镜面反射光
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
I Il Ks cosn
Ks — 物体镜面反射系数
— 视线与反射方向的夹角
例子
Ia 1.0
Ka 0.4
Ka 0.8
定义
漫反射光
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。
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。
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
I (1 Kt1 )I1 Kt1 I2
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
光照明方程:
I KaIa
Ia 入射的泛光光强,与环境的明暗度有关;
Ka 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。
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。