光照模型文稿演示
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光照模型文稿演示
优选光照模型
根据光学、物理学的知识，物体表面呈现的颜色是 由表面向视线方向辐射的光能决定的。
若物体表面向视线方向辐射的光中等量包含了所有波 长的可见光， 则物体表面将呈现白色、灰色或黑色，即为非彩色； 否则表面将呈现彩色。
当光照到一个物体表面上时会产生反射光、透射光 和转换成热量。 其中，反射光和透射光的强弱决定了物体表面的明 暗程度， 而这些光中所含不同波长光的比例则决定了物体表 面的颜色。
RGB模型
❖ Ｒ、Ｇ、Ｂ分别取值0－1，0－255
ＲＧＢ彩色模型也称为加色模型, 色彩来源于红、绿、蓝3种基本 色的不同亮度的叠加,故称加色 模型。 它主要用来描述发光设备,如显 示器、电视机、扫描仪等装置所 表现的颜色。
三基色示意图
9.1 简单光照明模型
用计算机在图形设备上生成连续色调的真实感图形必 须完成四个基本的任务
Id Ipdkd cois
可表示为:
IdIpk dd(N0•L0)
N0:物体表面单位法向量 L0:物体表面一点指向点
光源的单位向量
N L0 i N0
3. 镜面反射光
➢镜面反射光为朝一定方向的反射光。
计算波长比例要涉及到光谱分析和光谱到颜色的转换， 在计算机图形学中，我们不用这种方法来计算，而是 采用较为简单的方法来计算物体的颜色值。也就是一 些简单的光照模型。
光的特性
❖可见光波段中每一频率对应一种单独的颜色, 其低频率端是红色,高频率端是紫色 。从低 频到高频的光谱颜色变化分别是红，橙，黄， 绿，蓝，青和紫。
2. 漫反射光
➢ 漫反射分量表示特定点光源在景物表面某一点
的反射光中那些向空间各方向均匀反射出去的光，
➢ 表面对入射光在各个方向上都有强度相同的反 射，因而无论从哪个角度观察，这一点的光亮度 都是相同的。
Ipd
Ipdcosi
i
A B’ C’
B
C
➢这种反射光的计算用郎伯余弦定律
对于一个漫反射体，表面的反射光亮度和光源
建模
投影变换
可见性计算
可见面颜色
用数学方法建 立所构造三维 场景的几何描 述，并将他们 输入计算机， 这部分工作可 由三维立体造 型或曲面造型 系统来完成
将三维几 何描述转 化为二维 透视图， 这可通过 对场景的 透射变化 来完成
确定场景中 的所有可见 面，这需要 使用隐藏面 消除算法将 视域之外或 被其他物体 遮挡的不可 见面消去。
❖假设物体不透明 ❖那么物体表面呈现的颜色仅由其反射光决定。 ❖反射光组成
➢环境反射
环境反射假定入射光均匀地从周围环境入射 至景物表面并等量地向各个方向反射出去
➢漫反射与镜面反射
漫反射分量和镜面反射分量则表示特定光源 照射在景物表面上产生的反射光。
1. 环境反射光
➢ 环境反射光是由环境光在邻近物体上经过多次 反射所产生的。
➢ 光是来自四面八方的。
这种光产生的效应简化为它在各个方向都有均匀的光
强度Ia，
➢ 某一个可见物体在仅有环境光照明的条件下， 其上各点明暗程度完全一样，分不出哪个地方亮， 哪个地方暗。
环境反射光亮度可表示为：
I I paka
➢ Ia为物体的环境光反射亮度，
➢ Ipa为环境光亮度，
➢ ka为物体表面的环境光反射系数(0≤ka≤1)
➢空间光亮度分布 在计算机图形学中，认为光源通常朝空间各个方
向发射的光强是相同的。但实际情况常常不是这样， 例如遮挡。
9.1.2 材 质
➢材质的颜色是由它所反射的光的波长决定 ➢如果光线被投射至一个不透明的物体表面，则部分 光线被反射，部分被吸收
✓物体表面的材质类型决定了反射光的强弱 ✓表面光滑较亮的材质将反射较多的入射光，而较 暗的表面则吸收较多的入射光。 ➢同样对于一个半透明物体的表面，部分入射光会被 反射，而另一部分则被折射。
Ipdcosi
i
A B’ C’
B
C
CB
A
B’ C’
(a)
(b)
简单漫反射模型用于球面
➢由于A点的光源入射角为零,故发出的光亮度最大(为Ipd)
➢而B和B’的光亮度就弱些。
➢由于C和C’的光源入射角为90。，故其表面光亮度为零。
➢球面的明暗过渡曲线如图 (b)所示
入射光
N
A
i N0 L0
漫反射光计算式
入射角（入射光线和表面法向量的夹角）的余
弦成正比
Ipd
Id Ipdkd cois
Ipdcosi
➢Id为物体表面漫反射光的光亮度 ➢Ipd为光源垂直入射时反射光的光亮度 ➢i为光源入射角
i
A B’ C’
B
C
➢kd为漫射系数，决定于表面材料及入射 光的波长(0≤kd≤1)
Hale Waihona Puke Baidu
球面的漫反射
Ipd
光亮度 Ipd
•可用光的波长(λ)或频率（f）来表示各种颜 色。
❖除频率和波长以外，描述光的各种性质还 需要其它一些特征。其中一组特征便是亮 度和明度。
❖物体表面的亮度与其周围环境的亮度无关。
❖表面的明度即人眼感知到的亮度与其周围 环境的亮度相关。
❖ 具有恒定亮度的物体， 当将其置于不同环境 时，它的明度不同。
光照明模型
➢简单光照明模型
✓仅考虑光源直接照射在景物表面所产生的光照 效果 ✓景物表面通常被假定为不透明，且具有均匀反 射率 ✓能表现由光源直接照射在漫射表面上形成的连 续明暗色调，镜面上的高光以及由于景物互相遮 挡而形成的阴影等
光照明模型
光照效果
光照明模型
一个光照的球体
光照产生的场景
9.1.3 简单光照明模型
计算场 景中可 见面的 颜色。
9.1.1 光 源
➢光源称为发光体 ➢反射表面(如房屋的墙壁)则称为反射光源
光源
反射面
通常在一个不透明且不发光的物体表面所观察到的 光线是其反射光，它由光源与其他物体表面的反射 光所共同产生
光源的属性包括
➢光源的几何形状 点光源，线光源，面光源和体光源
➢光源向四周所辐射光的光谱分布 ✓漫反射: 粗糙物体表面往往将反射光向各个方向散射。物 体颜色实际上就是入射光线被漫反射后所表现出 来的颜色。 ✓镜面反射:磨光物体表面产生的高光或强光
❖ 光的另外一个特征就是 光的纯度（Purity）或 叫饱和度(Saturation)。
❖ 纯度说明光的颜色表现 得多纯。
❖ 淡的颜色说明不太纯。
颜色模型
❖ 所谓颜色模型指的是某个三维颜色空间中的一个可 见光子集，它包含某个颜色域的所有颜色。
❖ 采用颜色模型的目的是在某个颜色域中方便的指定 颜色。
优选光照模型
根据光学、物理学的知识，物体表面呈现的颜色是 由表面向视线方向辐射的光能决定的。
若物体表面向视线方向辐射的光中等量包含了所有波 长的可见光， 则物体表面将呈现白色、灰色或黑色，即为非彩色； 否则表面将呈现彩色。
当光照到一个物体表面上时会产生反射光、透射光 和转换成热量。 其中，反射光和透射光的强弱决定了物体表面的明 暗程度， 而这些光中所含不同波长光的比例则决定了物体表 面的颜色。
RGB模型
❖ Ｒ、Ｇ、Ｂ分别取值0－1，0－255
ＲＧＢ彩色模型也称为加色模型, 色彩来源于红、绿、蓝3种基本 色的不同亮度的叠加,故称加色 模型。 它主要用来描述发光设备,如显 示器、电视机、扫描仪等装置所 表现的颜色。
三基色示意图
9.1 简单光照明模型
用计算机在图形设备上生成连续色调的真实感图形必 须完成四个基本的任务
Id Ipdkd cois
可表示为:
IdIpk dd(N0•L0)
N0:物体表面单位法向量 L0:物体表面一点指向点
光源的单位向量
N L0 i N0
3. 镜面反射光
➢镜面反射光为朝一定方向的反射光。
计算波长比例要涉及到光谱分析和光谱到颜色的转换， 在计算机图形学中，我们不用这种方法来计算，而是 采用较为简单的方法来计算物体的颜色值。也就是一 些简单的光照模型。
光的特性
❖可见光波段中每一频率对应一种单独的颜色, 其低频率端是红色,高频率端是紫色 。从低 频到高频的光谱颜色变化分别是红，橙，黄， 绿，蓝，青和紫。
2. 漫反射光
➢ 漫反射分量表示特定点光源在景物表面某一点
的反射光中那些向空间各方向均匀反射出去的光，
➢ 表面对入射光在各个方向上都有强度相同的反 射，因而无论从哪个角度观察，这一点的光亮度 都是相同的。
Ipd
Ipdcosi
i
A B’ C’
B
C
➢这种反射光的计算用郎伯余弦定律
对于一个漫反射体，表面的反射光亮度和光源
建模
投影变换
可见性计算
可见面颜色
用数学方法建 立所构造三维 场景的几何描 述，并将他们 输入计算机， 这部分工作可 由三维立体造 型或曲面造型 系统来完成
将三维几 何描述转 化为二维 透视图， 这可通过 对场景的 透射变化 来完成
确定场景中 的所有可见 面，这需要 使用隐藏面 消除算法将 视域之外或 被其他物体 遮挡的不可 见面消去。
❖假设物体不透明 ❖那么物体表面呈现的颜色仅由其反射光决定。 ❖反射光组成
➢环境反射
环境反射假定入射光均匀地从周围环境入射 至景物表面并等量地向各个方向反射出去
➢漫反射与镜面反射
漫反射分量和镜面反射分量则表示特定光源 照射在景物表面上产生的反射光。
1. 环境反射光
➢ 环境反射光是由环境光在邻近物体上经过多次 反射所产生的。
➢ 光是来自四面八方的。
这种光产生的效应简化为它在各个方向都有均匀的光
强度Ia，
➢ 某一个可见物体在仅有环境光照明的条件下， 其上各点明暗程度完全一样，分不出哪个地方亮， 哪个地方暗。
环境反射光亮度可表示为：
I I paka
➢ Ia为物体的环境光反射亮度，
➢ Ipa为环境光亮度，
➢ ka为物体表面的环境光反射系数(0≤ka≤1)
➢空间光亮度分布 在计算机图形学中，认为光源通常朝空间各个方
向发射的光强是相同的。但实际情况常常不是这样， 例如遮挡。
9.1.2 材 质
➢材质的颜色是由它所反射的光的波长决定 ➢如果光线被投射至一个不透明的物体表面，则部分 光线被反射，部分被吸收
✓物体表面的材质类型决定了反射光的强弱 ✓表面光滑较亮的材质将反射较多的入射光，而较 暗的表面则吸收较多的入射光。 ➢同样对于一个半透明物体的表面，部分入射光会被 反射，而另一部分则被折射。
Ipdcosi
i
A B’ C’
B
C
CB
A
B’ C’
(a)
(b)
简单漫反射模型用于球面
➢由于A点的光源入射角为零,故发出的光亮度最大(为Ipd)
➢而B和B’的光亮度就弱些。
➢由于C和C’的光源入射角为90。，故其表面光亮度为零。
➢球面的明暗过渡曲线如图 (b)所示
入射光
N
A
i N0 L0
漫反射光计算式
入射角（入射光线和表面法向量的夹角）的余
弦成正比
Ipd
Id Ipdkd cois
Ipdcosi
➢Id为物体表面漫反射光的光亮度 ➢Ipd为光源垂直入射时反射光的光亮度 ➢i为光源入射角
i
A B’ C’
B
C
➢kd为漫射系数，决定于表面材料及入射 光的波长(0≤kd≤1)
Hale Waihona Puke Baidu
球面的漫反射
Ipd
光亮度 Ipd
•可用光的波长(λ)或频率（f）来表示各种颜 色。
❖除频率和波长以外，描述光的各种性质还 需要其它一些特征。其中一组特征便是亮 度和明度。
❖物体表面的亮度与其周围环境的亮度无关。
❖表面的明度即人眼感知到的亮度与其周围 环境的亮度相关。
❖ 具有恒定亮度的物体， 当将其置于不同环境 时，它的明度不同。
光照明模型
➢简单光照明模型
✓仅考虑光源直接照射在景物表面所产生的光照 效果 ✓景物表面通常被假定为不透明，且具有均匀反 射率 ✓能表现由光源直接照射在漫射表面上形成的连 续明暗色调，镜面上的高光以及由于景物互相遮 挡而形成的阴影等
光照明模型
光照效果
光照明模型
一个光照的球体
光照产生的场景
9.1.3 简单光照明模型
计算场 景中可 见面的 颜色。
9.1.1 光 源
➢光源称为发光体 ➢反射表面(如房屋的墙壁)则称为反射光源
光源
反射面
通常在一个不透明且不发光的物体表面所观察到的 光线是其反射光，它由光源与其他物体表面的反射 光所共同产生
光源的属性包括
➢光源的几何形状 点光源，线光源，面光源和体光源
➢光源向四周所辐射光的光谱分布 ✓漫反射: 粗糙物体表面往往将反射光向各个方向散射。物 体颜色实际上就是入射光线被漫反射后所表现出 来的颜色。 ✓镜面反射:磨光物体表面产生的高光或强光
❖ 光的另外一个特征就是 光的纯度（Purity）或 叫饱和度(Saturation)。
❖ 纯度说明光的颜色表现 得多纯。
❖ 淡的颜色说明不太纯。
颜色模型
❖ 所谓颜色模型指的是某个三维颜色空间中的一个可 见光子集，它包含某个颜色域的所有颜色。
❖ 采用颜色模型的目的是在某个颜色域中方便的指定 颜色。