计算机图形学真实感图形绘制PPT
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计算机图形学真实感图形绘制PPT课件
i1
i1
2020年9月28日
19
10.2 基于简单光照模型的多边形绘制
恒定光强 Gouraud明暗处理 Phong明暗处理
2020年9月28日
20
恒定光强
只用一种颜色绘制整个多边形 光源在无穷远处，则多边形上所有点的L·N 为常数，衰减函数也是一个常数。 视点在无穷远处，则多边形上所有点的V·R 为常数。 多边形是景物表面的精确表示，即不是一个 含曲线面景物的近似表示。
第十章 真实感图形绘制
基本概念 简单光照模型 基于简单光照模型的多边形绘制
2020年9月28日
1
基本概念
真实感图形绘制：通过综合利用数学、物理学、 计算机以及心理学等知识在计算机图形输出设 备上绘制出能够以假乱真的美丽景象。
光强（度）：描述物体表面朝某方向辐射光的 颜色，它既能表示光能大小又能表示其色彩组 成的物理量。
n
n
IaK a f(di)Ip,iK d(L iN ) f(di)Ip,iK s(H iN )n
i 1
i 1
2020年9月28日
16
颜色
选择颜色模型（color model） 面向硬件的颜色模型：RGB、CYM 面向视觉感知的颜色模型：HSI
为颜色分量指定光照模型
2020年9月28日
17
2020年9月28日
2
基本概念
光照模型（Illumination model），也称明暗模 型，主要用于物体表面某点处的光强度计算。 简单的光照模型 复杂的光照模型
2020年9月28日
3
基本概念
真实感图形绘制过程 根据假定的光照条件和景物外观因素，依
据一定的光照模型，计算可见面投射到观察者 眼中的光强度大小，并将它转换成适合图形设 备的颜色值，生成投影画面上每一个象素的光 强度，使观察者产生身临其境的感觉。
《真实感图形的绘制》PPT课件
I=Ia· κa
其中I是可见外表的亮度，Ia是环境光线的总亮度， κa是物体外表对环境光线的反射系数，它在0到1之 间.
2．漫反射
具体光源在物体外表可以引起漫反射和镜面反 射。漫反射是指来自具体光源的能量到达外表上的 某一点后，就均匀地向各个方向散射出去，使得观 察者从不同角度观察时，这一点呈现的亮度是一样 的。
对于彩色外表，上述各公式也可以应用， 只需分别应用于对各颜色分量的计算。例如， 选择通常的红、绿、蓝颜色系统，这时上述 公式中有关亮度及反射系数等，就要看做是 三元向量。通过分别对各颜色分量进展计算， 就可以完成对彩色外表的亮度计算。
4．光的衰减
光在传播的过程中，其能量会衰减。光的传播过程 分为两个阶段：从光源到物体外表的传播及从物体 外表到人眼的传播。光的第一个传播阶段的衰减使 物体外表的入射光强度变弱，第二个阶段的衰减使 人眼承受到的物体外表的反射光的强度变弱.
这里可以假定反射光线的方向向量R和指
向观察点的向量V都已经正规化，即已经是
长度为1的单位向量，于是可以简单地利用
向量内积计算余弦值：
。对 ，
通 样常公c 根式o α 据可 经写s R 历 成•V 选 下取 面一 更个 容W常 易θ 数计算来的代形替式，：这
ks
• I I a .a k r I p k k d L • N k SR V n
《真实感图形的绘制》 PPT课件
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第三 确定场景中的所有可见面。 〔消除隐藏面算法〕
其中I是可见外表的亮度，Ia是环境光线的总亮度， κa是物体外表对环境光线的反射系数，它在0到1之 间.
2．漫反射
具体光源在物体外表可以引起漫反射和镜面反 射。漫反射是指来自具体光源的能量到达外表上的 某一点后，就均匀地向各个方向散射出去，使得观 察者从不同角度观察时，这一点呈现的亮度是一样 的。
对于彩色外表，上述各公式也可以应用， 只需分别应用于对各颜色分量的计算。例如， 选择通常的红、绿、蓝颜色系统，这时上述 公式中有关亮度及反射系数等，就要看做是 三元向量。通过分别对各颜色分量进展计算， 就可以完成对彩色外表的亮度计算。
4．光的衰减
光在传播的过程中，其能量会衰减。光的传播过程 分为两个阶段：从光源到物体外表的传播及从物体 外表到人眼的传播。光的第一个传播阶段的衰减使 物体外表的入射光强度变弱，第二个阶段的衰减使 人眼承受到的物体外表的反射光的强度变弱.
这里可以假定反射光线的方向向量R和指
向观察点的向量V都已经正规化，即已经是
长度为1的单位向量，于是可以简单地利用
向量内积计算余弦值：
。对 ，
通 样常公c 根式o α 据可 经写s R 历 成•V 选 下取 面一 更个 容W常 易θ 数计算来的代形替式，：这
ks
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《真实感图形的绘制》 PPT课件
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第三 确定场景中的所有可见面。 〔消除隐藏面算法〕
《计算机图形学》09-真实感图形生成技术PPT教学课件
朗伯余弦定律：对于一个漫反射体，其表面的反射光亮度和光
源入射角(入射光线与表面法向量的夹角)的余弦成正比。
即：I漫＝IpdCOSθ
光源
其中 ：I漫为表面反射光亮度
Ipd
Ipd为光线垂直入射时反射光亮度
θ
θ为光线入射角
朗伯余弦定律说明了当观察一个漫反射体时，人眼接收到的
光亮20度20/1和0/16观察者的位置无关。
成：
R R1
1 R1
G
G1
cos
n
1
G1
B B1
1 B1
R1
R0
G1
d
(1
d
)
cos
G0
2020/10/16
B1
分别为物体颜色的R、G、B值； d 是背景光的比率，也就是环境反射分量系数， 一般取d《1 （0.02～0.2之间）； θ是光源和法线间的夹角（入射角）； α是视线和反射光间的夹角； ω是反射强度（0≤ω≤1）； n是物体表面光泽度。
物体表面的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色彩。物体 表面反射光和透射光的强弱和色彩组成又决定于入射光和物体表面 对入射光中不同波长光的吸收程度。
一般我们假定入射光均为白光。
2020/10/16
6
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。
2020/10/16
13
1．三角形面片的法矢 设有一三角形面片，其顶点顺序按逆时针方向标识，其三个顶
点坐标分别表示为p1（x1，y1，z1）、p2（x2，y2，z2）、p3（x3， y3，z3）。
若设三角形面片的法线矢量为 N(nx，ny，nz)
计算机图形学第7讲真实感图形的绘制PPT课件
2020年9月28日
39
简单光照明模型
Gouraud明暗处理算法
计算多边形顶点的平均法向
nb n
nc
用与顶点相邻的所有多边形 的法向的平均值近似作为该
na
nd
顶点的近似法向量
用Phong光照明模型计算顶 点的平均光强
插值！
I1 I2
2020年9月28日
I0
I4 I3
40
简单光照明模型
光强插值
(R) 、(G) 、(B) 为正值 (R) 、(G) 、(B)为方向，代表颜色
降维到色度平面(R) +(G)+(B)=1
2020年9月28日
9
基础概念
球面坐标系
2020年9月28日
10
基础概念
立体角（Solid Angle）
投影面积
Anv
2020年9月28日
v
11
基础概念
光通量
单位时间内通过面元的光能量（单位W）
饱和度(Saturation)-纯度(Purity)
颜色纯度
纯度越高：单一波长且更亮（激光）
亮度(Lightness)-明度(Luminance)
光的亮度 光在单位时间内从单位面积向单位立体角所发射的能量
2020年9月28日
5
2020年9月28日
6
颜色
红、绿、蓝三原色 (RGB)
1862年Helmhotz提出 视锥网膜存在三种细胞，分别感应红绿蓝三种颜色
N4 N3
D
F B
E
C
46
简单光照明模型
Phong明暗处理：双线性法线插值
通过更加平滑的法向量变化，以产生高光效果
计算机图形学课件-第八章-真实感图形的绘制精选课件PPT
明暗模型
漫射照明 具体光源的照射 透射效应。
漫反射 镜面反射
2021/3/2
7
Computer Graphics
College of Computer Science and Technology
简单的光照模型仅考虑光源照射在物体表面 产生的反射光。这种光照模型通常假定物体是 光滑的且由理想材料构成，所生成的图形可以 模拟出不透明物体表面的明暗过渡，具有一定 的真实感效果。这类光照明模型称为局部光照 明模型。
College of Computer Science and Technology
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。
1 用数学方法建立所构造三维场景的几何描述，并 将它们输入至计算机。这部分工作可由三维立体 造型或曲面造型系统来完成。
2 将三维几何描述转换为二维透视图。
2
Computer Graphics
College of Computer Science and Technology
当光照射到物体表面时，光线可能被 吸收、反射和透射。被物体吸收的部分转 化为热，反射、透射的光进入人的视觉系 统，使我们能看见物体。为模拟这一现象， 需要建立一些数学模型来替代复杂的物理 模型，这些模型就称为明暗效应模型或者 光照(明)模型。
第一节
College of Computer Science and Technology
漫反射及具体
光源的照明
1．环境光
在多数实际环境中，存在由于许多 物体表面多次反射而产生的均匀的照 明光线，这就是环境光线。环境光线 的存在使物体得到漫射照明.
亮度计算如下：
I=Ia· κa
2021/3/2
计算机图形学(真实感图形的显示)课件
建筑设计
科学家使用计算机图形学来呈现复杂的数据和模拟结果，帮助人们更好地理解科学概念。
科学可视化
02
CHAPTER
真实感图形的显示技术
纹理映射是一种将二维图像映射到三维表面上的技术，以增加物体的表面细节和真实感。
通过纹理映射，可以模拟出物体的表面纹理、质地和图案，如砖块、木材、石材等。
纹理映射还可以用于实现环境贴图、反射贴图等高级效果，以增强场景的真实感。
计算机图形学(真实感图形的显示)课件
目录
计算机图形学简介真实感图形的显示技术3D模型的构建与渲染实时渲染技术未来展望
01
CHAPTER
计算机图形学简介
01
02
03
计算机图形学用于创建逼真的特效和虚拟场景，为电影和游戏提供视觉上的吸引力。
电影和游戏制作
通过计算机图形学，建筑师可以创建三维模型，进行可视化设计和分析。
03
CHAPTER
3D模型的构建与渲染
一款专业的3D建模和渲染软件，广泛应用于游戏开发、电影制作和广告设计等领域。
3D Studio Max
Blender
Maya
开源的3D图形软件，具备建模、动画、渲染和后期制作等功能。
高端的3D动画软件，适用于电影、电视和游戏开发等领域。
03
02
01
定义模型的表面属性，如颜色、光泽度和纹理等。
材质
为模型添加纹理和细节，使其表面更加逼真。
贴图
通过调整材质和贴图的参数，使模型呈现出更加真实的效果。
材质与贴图的结合
骨骼系统
为模型添加骨骼，并设置骨骼的关节和运动范围。
04
CHAPTER
实时渲染技术
实时渲染技术是一种计算机图形学技术，它能够实时生成具有真实感的图形。
科学家使用计算机图形学来呈现复杂的数据和模拟结果，帮助人们更好地理解科学概念。
科学可视化
02
CHAPTER
真实感图形的显示技术
纹理映射是一种将二维图像映射到三维表面上的技术，以增加物体的表面细节和真实感。
通过纹理映射，可以模拟出物体的表面纹理、质地和图案，如砖块、木材、石材等。
纹理映射还可以用于实现环境贴图、反射贴图等高级效果，以增强场景的真实感。
计算机图形学(真实感图形的显示)课件
目录
计算机图形学简介真实感图形的显示技术3D模型的构建与渲染实时渲染技术未来展望
01
CHAPTER
计算机图形学简介
01
02
03
计算机图形学用于创建逼真的特效和虚拟场景，为电影和游戏提供视觉上的吸引力。
电影和游戏制作
通过计算机图形学，建筑师可以创建三维模型，进行可视化设计和分析。
03
CHAPTER
3D模型的构建与渲染
一款专业的3D建模和渲染软件，广泛应用于游戏开发、电影制作和广告设计等领域。
3D Studio Max
Blender
Maya
开源的3D图形软件，具备建模、动画、渲染和后期制作等功能。
高端的3D动画软件，适用于电影、电视和游戏开发等领域。
03
02
01
定义模型的表面属性，如颜色、光泽度和纹理等。
材质
为模型添加纹理和细节，使其表面更加逼真。
贴图
通过调整材质和贴图的参数，使模型呈现出更加真实的效果。
材质与贴图的结合
骨骼系统
为模型添加骨骼，并设置骨骼的关节和运动范围。
04
CHAPTER
实时渲染技术
实时渲染技术是一种计算机图形学技术，它能够实时生成具有真实感的图形。
计算机图形学课件-第13章-真实感图形PPT教学课件
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； 4）利用光照明方程计算各点的颜色。
两方法的比较
目录
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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
体现在两个场合：高光区域的扩散 不产生高光区域
2020/10/16
13.1.6 采用多个光源
目录
上一页 下一页 退出
多光源照射的光照明方程 小结
图13.11 采用各种光照明模型绘制的球 P307
2020/10/16
13.2 多边形绘制方法
目录
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分类：均匀着色与光滑着色
13.2.1 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R WATCHING
演讲人: XXX
PPT文档·教学课件
谢谢大家！本文档为精心编制而成，您可以在下载后自由修改和打印，希望下载对您有帮助！
第13章 光照明模型与真实感图形绘制
目录
上一页 下一页 退出
13.1 简单光照明模型 13.2 多边形绘制方法 13.3 模拟物体表面细节 13.4 透明 13.5 整体光照明模型
2020/10/16
13.1 简单光照明模型
目录
上一页 下一页 退出
光照射到物体表面，主要发生： • 反射 • 透射（对透明物体） • 部分被吸收成热能
插值着色方法存在的问题
2020/10/16
13.3 模拟物体表面细节
目 录 13.3.1 表面细节模拟
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光滑表面（简单光照明模型 模拟）
两方法的比较
目录
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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
体现在两个场合：高光区域的扩散 不产生高光区域
2020/10/16
13.1.6 采用多个光源
目录
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多光源照射的光照明方程 小结
图13.11 采用各种光照明模型绘制的球 P307
2020/10/16
13.2 多边形绘制方法
目录
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分类：均匀着色与光滑着色
13.2.1 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R WATCHING
演讲人: XXX
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第13章 光照明模型与真实感图形绘制
目录
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13.1 简单光照明模型 13.2 多边形绘制方法 13.3 模拟物体表面细节 13.4 透明 13.5 整体光照明模型
2020/10/16
13.1 简单光照明模型
目录
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光照射到物体表面，主要发生： • 反射 • 透射（对透明物体） • 部分被吸收成热能
插值着色方法存在的问题
2020/10/16
13.3 模拟物体表面细节
目 录 13.3.1 表面细节模拟
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光滑表面（简单光照明模型 模拟）
《真实感图形》课件
真的视觉效果。
谢谢您的聆听
THANKS
通过表面细节模拟，可以模拟出物体表面的微观纹理和结构，如皮肤毛孔、金属划痕等，进一步提高 图形的真实感。
03
真实感图形的制作流程
建模阶段
3D模型创建
使用三维建模软件（如Blender、3ds Max等）创建物体模型。
细节处理
对模型进行细节调整，包括平滑表面、修 复错误等。
模型优化
简化模型结构，降低多边形数量，以提高 渲染效率。
案例三：建筑物的真实感表现
总结词：细节丰富
详细描述：该案例展示了如何使用计算机图 形技术来创建具有高度真实感的建筑物模型 。通过精细的模型构建、纹理映射和光照模 型，再现了建筑物的每一个细节，包括砖石 纹理、窗户结构、阴影效果等，使建筑物看 起来更加生动和真实。同时，还探讨了如何 将建筑物与周围环境相结合，营造出更加逼
高级渲染技术应用
使用全局光照、光线追踪等高级渲染技术 ，增强真实感。
后期处理阶段
01
02
03
图像合成
将渲染出的图像与背景进 行合成，以形成完整的场 景。
色彩校正
调整图像的色彩、亮度等 ，使图像更加自然。
特效添加
根据需要添加一些特效， 如景深、运动模糊等，以 增强画面表现力。
04
真实感图形的挑战与未来发展
材质与贴图阶段
材质设定
为模型设定合适的材质属 性，如颜色、光泽度、纹
理等。
纹理贴图
为模型添加纹理贴图，以 增加表面细节和质感。
贴图调整
调整纹理贴图的尺寸、角 度和偏移，使其与模型表
面匹配。
光照与渲染阶段
灯光设置
根据场景需求设置合适的光源，包括主光 源、辅助光源等。
谢谢您的聆听
THANKS
通过表面细节模拟，可以模拟出物体表面的微观纹理和结构，如皮肤毛孔、金属划痕等，进一步提高 图形的真实感。
03
真实感图形的制作流程
建模阶段
3D模型创建
使用三维建模软件（如Blender、3ds Max等）创建物体模型。
细节处理
对模型进行细节调整，包括平滑表面、修 复错误等。
模型优化
简化模型结构，降低多边形数量，以提高 渲染效率。
案例三：建筑物的真实感表现
总结词：细节丰富
详细描述：该案例展示了如何使用计算机图 形技术来创建具有高度真实感的建筑物模型 。通过精细的模型构建、纹理映射和光照模 型，再现了建筑物的每一个细节，包括砖石 纹理、窗户结构、阴影效果等，使建筑物看 起来更加生动和真实。同时，还探讨了如何 将建筑物与周围环境相结合，营造出更加逼
高级渲染技术应用
使用全局光照、光线追踪等高级渲染技术 ，增强真实感。
后期处理阶段
01
02
03
图像合成
将渲染出的图像与背景进 行合成，以形成完整的场 景。
色彩校正
调整图像的色彩、亮度等 ，使图像更加自然。
特效添加
根据需要添加一些特效， 如景深、运动模糊等，以 增强画面表现力。
04
真实感图形的挑战与未来发展
材质与贴图阶段
材质设定
为模型设定合适的材质属 性，如颜色、光泽度、纹
理等。
纹理贴图
为模型添加纹理贴图，以 增加表面细节和质感。
贴图调整
调整纹理贴图的尺寸、角 度和偏移，使其与模型表
面匹配。
光照与渲染阶段
灯光设置
根据场景需求设置合适的光源，包括主光 源、辅助光源等。
真实感图形绘制技术PPT课件
视点 P2 Front B A P1 P1 Front C D P2 A,B
P1 Back D,C
Back P2
Front
A
Back B
Front D
Back
C
（一）消隐技术
BSP算法（Binary Space Partition）
是一种决定场景可见性的有效方法 与画家算法类似，也是从远到近往屏幕覆盖画面元素 适合在场景不变，视点变化的场合中对景物表面做快
优点：
Z缓冲区算法排序灵活简单，有利于硬件实现。 在Z缓冲区算法中，屏幕上哪个像素点的颜色先计算，
哪个后计算，其先后顺序是无关紧要的，不影响消隐 结果。因此，该算法不需要预先排队，从而省去了排 序时间。 目前许多图形工作站都配置硬件实现的Z缓冲器算法， 以便于图形的快速生成和实时显示
所代表的面离视点更近，所以，由远及近地绘制各面 就相当于消除隐藏面。这与油画家作画的过程类似， 先画远景，再画中景，最后画近景，因此将这种算法 称为画家算法。
（一）消隐技术
表优先级算法（画家算 法）
优点：简单、易于实现，
A B
并且可以作为实现更为 复杂算法的基础 缺点：只能处理互不相 交的面，而且深度优先 级表中的顺序可能出错
（一）消隐技术
表优先级算法（画家算法）
1. 将屏幕置成背景色 2. 构造物体组成面的深度优先级表：把物体的各个面按
其离视点的远近进行排序，离视点远的在表头，离视 点近的在表尾 3. 由远到近进行绘制：从表头至表尾逐个取出多边形， 投影到屏幕上，显示多边形所包含的实心区域。
由后显示的图形取代先显示的画面，而后显示的图形
D
Front P2 Front D C
计算机图形学第十一章-真实感图形生成技术幻灯片PPT
三、真实感图形特点 1、反映物体表面颜色和亮度 2、表现物体质感 3、能通过光照下物体的阴影， 改善场景的深度感和层次感 4、能模拟透明物体的透明效果和镜面物体的镜像 效果
2
四、影响真实感图形因素 1、物体本身形状 2、物体表面特征：材质、感光度，纹理等 3、照射物体光源 4、物体与光源相对位置 5、物体周围环境
IR IP •x Q x R IQ •x R x P x Q x P x Q x P
15
利用哥罗德法思路简明，计算方便，但对于镜面反射 处理不理想，我们可用下面方法处理。 冯（Phong）法向插值法
我们上面介绍方法是以光强度进行插值,但对于镜面反 射光亮度往往不理想,而Phong法是以法向进行插值，其原 理和上面一样，所不同的是在上面插值公式中用N代替I即 可，N是一个矢量，I是标量，所以法向插值计算量大一些， 但产生效果好，比较真实，能显示出镜面特亮区域。
2、计算各个顶点的光亮度I1，I2，…Im
14
哥罗德（Gouraud）强度插值法
3、用插值方法计算出多边形上任一点的 光强度，如图：
IPI1•yPy2I2•y1yP
y1y2
y1y2
IQ I3•yQ y2I2•y3yQ
y3y2
y3y2
4、用扫描线方法沿水平方向插 值来计算出多边形内部各点的光亮度值，例如点R的光亮 度可以用下式计算：
对于一个理想的镜面，入射到表面上的光严格地遵守光 的反射定律朝一个方向——镜面反射方向反射出去；对于 一般光滑表面，由于表面具有一定粗糙度，其表面实际上 是由许多朝向不同微小表面组成，其镜面反射光散布在反 射方向周围 。
8
B．T．Phong1975年提出来用余弦函数的幂次来模拟镜 面 反射光的空间分布，可表示为：
2
四、影响真实感图形因素 1、物体本身形状 2、物体表面特征：材质、感光度，纹理等 3、照射物体光源 4、物体与光源相对位置 5、物体周围环境
IR IP •x Q x R IQ •x R x P x Q x P x Q x P
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利用哥罗德法思路简明，计算方便，但对于镜面反射 处理不理想，我们可用下面方法处理。 冯（Phong）法向插值法
我们上面介绍方法是以光强度进行插值,但对于镜面反 射光亮度往往不理想,而Phong法是以法向进行插值，其原 理和上面一样，所不同的是在上面插值公式中用N代替I即 可，N是一个矢量，I是标量，所以法向插值计算量大一些， 但产生效果好，比较真实，能显示出镜面特亮区域。
2、计算各个顶点的光亮度I1，I2，…Im
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哥罗德（Gouraud）强度插值法
3、用插值方法计算出多边形上任一点的 光强度，如图：
IPI1•yPy2I2•y1yP
y1y2
y1y2
IQ I3•yQ y2I2•y3yQ
y3y2
y3y2
4、用扫描线方法沿水平方向插 值来计算出多边形内部各点的光亮度值，例如点R的光亮 度可以用下式计算：
对于一个理想的镜面，入射到表面上的光严格地遵守光 的反射定律朝一个方向——镜面反射方向反射出去；对于 一般光滑表面，由于表面具有一定粗糙度，其表面实际上 是由许多朝向不同微小表面组成，其镜面反射光散布在反 射方向周围 。
8
B．T．Phong1975年提出来用余弦函数的幂次来模拟镜 面 反射光的空间分布，可表示为：
计算机图形学ppt课件 第七章真实感图形显示.ppt
当 t3 0 时，交点在射线上，否则交点在射线得反向延长线上（不算交点）
消除隐藏线
凸多面体的隐藏线消除 凹多面体的隐藏线消除
面消隐
面消隐算法的分类 提高消隐算法效率的常见方法 画家算法 Z缓冲器算法(Z-Buffer) 扫描线Z缓冲器算法 区域子分算法 光线投射算法
面消隐算法的分类
第七章 真实感图形显示
消隐 光照 图案与纹理 颜色空间
消隐的分类 消除隐藏线 消除隐藏面
消隐
消隐
•投影变换失去了深度信息，往往导ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ图形的 二义性
•要消除二义性，就必须在绘制时消除被遮挡的不可 见的线或面，习惯上称作消除隐藏线和隐藏面，简称 为消隐。
•经过消隐得到的投影图称为物体的真实图形。
x y
d1t d2t
x0 y0
把射线方程代入直线方程得到
(a1 d b2 )td a0 x b0 y c 0
当 线与a 直线1d 重b合。2d 当0a时,1d直线b与2 d射线0平时行，,若则还有 a0db0 dc0,则整条射
t1 (a0 x b0 y c )/a (1 d b2 )d
消除隐藏线
对造型的要求
在线框显示模型中,要求造型系统中有面的信 息，最好有体的信息。
坐标变换
将视点变换到Z轴的正无穷大处，视线方向 变为Z轴的负方向。
最基本的运算
判断面对线的遮挡关系.反复地进行线线、线 面之间的求交运算
求交运算
射线与直线求交运算
假定直线方程为 axbyc0
射线方程为
长方体线框投影图的二义性
消隐
•消隐的对象是三维物体。三维体的表示主要 有边界表示和CSG表示等。
•消隐结果与观察物体有关，也与视点有关。
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分组成。
7
环境光（Background Light）
特点：照射在物体上的光来自周围各个方向， 又均匀地向各个方向反射。
P点对环境光的反射强度为
Ie IaKa
P
图1 环境光的反射
8
漫反射光（Diffuse Reflection）
一个粗糙的、无光泽的表面呈现为漫反射。
特点：光源来自一个方向，反射光均匀地射向
15
光强衰减
常用的二次衰减函数
1 f(d)m1 i,nc0(c1dc2d2)
IIeIdIs
n
n
IaK a f(di)Ip,iK d(L iN ) f(di)Ip,iK s(H iN )n
i 1
i 1
16
颜色
选择颜色模型（color model） 面向硬件的颜色模型：RGB、CYM 面向视觉感知的颜色模型：HSI
如果观察者正好处在P点的镜面反射方向上，就
会看到一个比周围 亮得多的高光点。
点光源 L
N 观察点 R
V
P
图3 镜面反射
12
镜面反射光
镜面反射情况由Phong模型给出：
Is IpKscons
若R和V已规格化为单
位矢量，则：
N 点光源
观察点
L
R
Is IpKs(RV)n
V
P
图3 镜面反射
13
物体表面光强计算
双线性插值方法
y
B
y
S
A
多边形
PT
扫描线
C
O
x
图4 Gouraud 明暗处理的双线性插值
23
Phong明暗处理
Phong明暗处理方法，又称为法矢量插值明暗 处理，它对多边形顶点的法矢量进行插值以产生 中间各点的法矢量，其步骤为： 计算每个多边形顶点处的平均单位法矢量； 用双线性插值方法求得多边形内部各点的法 矢量。 最后按光照模型确定多边形内部各点的光强。
27
透明处理
2
基本概念
光照模型（Illumination model），也称明暗模 型，主要用于物体表面某点处的光强度计算。 简单的光照模型 复杂的光照模型
3
基本概念
真实感图形绘制过程 根据假定的光照条件和景物外观因素，依
据一定的光照模型，计算可见面投射到观察者 眼中的光强度大小，并将它转换成适合图形设 备的颜色值，生成投影画面上每一个象素的光 强度，使观察者产生身临其境的感觉。
为颜色分量指定光照模型
17
颜色
以RGB颜色模型为例 环境光强度：Ia(IaR ,IaG ,IaB ) 入射光强度： Ip(IpR ,IpG ,IpB ) 环境光反射系数： K a(K a,R K aG ,K a)B 漫反射系数： K d(K d,R K dG ,K d)B 镜面反射系数：K s(K sR ,K sG ,K sB )
i1
i1
19
10.2 基于简单光照模型的多边形绘制
恒定光强 Gouraud明暗处理 Phong明暗处理
20
恒定光强
只用一种颜色绘制整个多边形 光源在无穷远处，则多边形上所有点的L·N 为常数，衰减函数也是一个常数。 视点在无穷远处，则多边形上所有点的V·R 为常数。 多边形是景物表面的精确表示，即不是一个 含曲线面景物的近似表示。
第十章 真实感图形绘制
基本概念 简单光照模型 基于简单光照模型的多边形绘制
1
基本概念
真实感图形绘制：通过综合利用数学、物理学、 计算机以及心理学等知识在计算机图形输出设 备上绘制出能够以假乱真的美丽景象。
光强（度）：描述物体表面朝某方向辐射光的 颜色，它既能表示光能大小又能表示其色彩组 成的物理量。
对于彩色
Ip(IpR ,IpG ,IpB )
IdR I pR KdR (L N )
IdG I pG KdG (L N )
IdB I pB KdB (L N )
对于多个漫反射光源
n
Id Ip,iKd(Li N) i1 11
镜面反射光
镜面反射遵循反射定律，入射光和反射光分别 位于表面法矢的两侧。
24
Phong明暗处理
矢量双线性插值方法
y
NB
B
y
NA
A 多边形
NS
NP
NT
S
PT
C
扫描线
NC
O
x
图5 Phong明暗处理的矢量双线性插值
25
10.3 透明处理
入射光
入射光
反射光 折射光
透明景物
图6 透明表面的光强包括反射光和折射光
26
透明处理
不透明景物 B
A
透明景物
z
P
x
图7 简单的透明处理
4
基本概念
真实感图形绘制步骤 在计算机中进行场景造型； 进行取景变换和透视变换； 进行消隐处理； 进行真实感图形绘制。
5
10.1 简单光照模型
简单光照模型 环境光 漫反射光 镜面反射光 光强衰减 颜色处理
6
简单光照模型
简单光照模型中只考虑反射光的作用。 反射光由环境光、漫反射光和镜面反射光三部
21
Gouraud明暗处理
Gouraud明暗处理方法，又称为亮度插值明暗 处理，它通过对多边形顶点颜色进行线性插值来 绘制其内部各点，其步骤为： 计算每个多边形顶点处的平均单位法矢量； 对每个顶点根据简单光照模型来计算其光强； 在多边形表面上将顶点强度进行线性插值。
22
Gouraud明暗处理
从视点观察到物体上任一点P处的光强度I应为 环境光反射光强度Ie、漫反射光强度Id以及镜面 反射光的光强度Is的总和：
IIeIdIs IaKaIpKd(LN)IpKs(RV)n
14
光强衰减
光在传播的过程中，其能量会发生衰减。光照 模型中必须考虑光强衰减，否则会影响生成图 形的真实效果。
光强的衰减可以采用常数衰减、一次函数衰减 和二次函数衰减等。
18
颜色
光强计算公式：
n
n
IR IaRKaR f(di)IpR,iKdR(Li N) f(di)IpR,iKsR(Hi N)n
i1
i1
n
n
IG IaGKaG f(di)IpG,iKdG(Li N) f(di)IpG,iKsG(Hi N)(di)IpB,iKdB(Li N) f(di)IpB,iKsB(Hi N)n
各个方向。
点光源
N
L
由Lambert余弦定理可
得点P处漫反射光的强度为：
IdIpKdco,s[0,2]
P
图2 漫反射
9
漫反射光（Diffuse Reflection）
若L和N都已规格化为单位矢量，则有
Id IpKd(LN)
点光源
N
L
P
图2 漫反射
10
漫反射光（Diffuse Reflection）
7
环境光（Background Light）
特点：照射在物体上的光来自周围各个方向， 又均匀地向各个方向反射。
P点对环境光的反射强度为
Ie IaKa
P
图1 环境光的反射
8
漫反射光（Diffuse Reflection）
一个粗糙的、无光泽的表面呈现为漫反射。
特点：光源来自一个方向，反射光均匀地射向
15
光强衰减
常用的二次衰减函数
1 f(d)m1 i,nc0(c1dc2d2)
IIeIdIs
n
n
IaK a f(di)Ip,iK d(L iN ) f(di)Ip,iK s(H iN )n
i 1
i 1
16
颜色
选择颜色模型（color model） 面向硬件的颜色模型：RGB、CYM 面向视觉感知的颜色模型：HSI
如果观察者正好处在P点的镜面反射方向上，就
会看到一个比周围 亮得多的高光点。
点光源 L
N 观察点 R
V
P
图3 镜面反射
12
镜面反射光
镜面反射情况由Phong模型给出：
Is IpKscons
若R和V已规格化为单
位矢量，则：
N 点光源
观察点
L
R
Is IpKs(RV)n
V
P
图3 镜面反射
13
物体表面光强计算
双线性插值方法
y
B
y
S
A
多边形
PT
扫描线
C
O
x
图4 Gouraud 明暗处理的双线性插值
23
Phong明暗处理
Phong明暗处理方法，又称为法矢量插值明暗 处理，它对多边形顶点的法矢量进行插值以产生 中间各点的法矢量，其步骤为： 计算每个多边形顶点处的平均单位法矢量； 用双线性插值方法求得多边形内部各点的法 矢量。 最后按光照模型确定多边形内部各点的光强。
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透明处理
2
基本概念
光照模型（Illumination model），也称明暗模 型，主要用于物体表面某点处的光强度计算。 简单的光照模型 复杂的光照模型
3
基本概念
真实感图形绘制过程 根据假定的光照条件和景物外观因素，依
据一定的光照模型，计算可见面投射到观察者 眼中的光强度大小，并将它转换成适合图形设 备的颜色值，生成投影画面上每一个象素的光 强度，使观察者产生身临其境的感觉。
为颜色分量指定光照模型
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颜色
以RGB颜色模型为例 环境光强度：Ia(IaR ,IaG ,IaB ) 入射光强度： Ip(IpR ,IpG ,IpB ) 环境光反射系数： K a(K a,R K aG ,K a)B 漫反射系数： K d(K d,R K dG ,K d)B 镜面反射系数：K s(K sR ,K sG ,K sB )
i1
i1
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10.2 基于简单光照模型的多边形绘制
恒定光强 Gouraud明暗处理 Phong明暗处理
20
恒定光强
只用一种颜色绘制整个多边形 光源在无穷远处，则多边形上所有点的L·N 为常数，衰减函数也是一个常数。 视点在无穷远处，则多边形上所有点的V·R 为常数。 多边形是景物表面的精确表示，即不是一个 含曲线面景物的近似表示。
第十章 真实感图形绘制
基本概念 简单光照模型 基于简单光照模型的多边形绘制
1
基本概念
真实感图形绘制：通过综合利用数学、物理学、 计算机以及心理学等知识在计算机图形输出设 备上绘制出能够以假乱真的美丽景象。
光强（度）：描述物体表面朝某方向辐射光的 颜色，它既能表示光能大小又能表示其色彩组 成的物理量。
对于彩色
Ip(IpR ,IpG ,IpB )
IdR I pR KdR (L N )
IdG I pG KdG (L N )
IdB I pB KdB (L N )
对于多个漫反射光源
n
Id Ip,iKd(Li N) i1 11
镜面反射光
镜面反射遵循反射定律，入射光和反射光分别 位于表面法矢的两侧。
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Phong明暗处理
矢量双线性插值方法
y
NB
B
y
NA
A 多边形
NS
NP
NT
S
PT
C
扫描线
NC
O
x
图5 Phong明暗处理的矢量双线性插值
25
10.3 透明处理
入射光
入射光
反射光 折射光
透明景物
图6 透明表面的光强包括反射光和折射光
26
透明处理
不透明景物 B
A
透明景物
z
P
x
图7 简单的透明处理
4
基本概念
真实感图形绘制步骤 在计算机中进行场景造型； 进行取景变换和透视变换； 进行消隐处理； 进行真实感图形绘制。
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10.1 简单光照模型
简单光照模型 环境光 漫反射光 镜面反射光 光强衰减 颜色处理
6
简单光照模型
简单光照模型中只考虑反射光的作用。 反射光由环境光、漫反射光和镜面反射光三部
21
Gouraud明暗处理
Gouraud明暗处理方法，又称为亮度插值明暗 处理，它通过对多边形顶点颜色进行线性插值来 绘制其内部各点，其步骤为： 计算每个多边形顶点处的平均单位法矢量； 对每个顶点根据简单光照模型来计算其光强； 在多边形表面上将顶点强度进行线性插值。
22
Gouraud明暗处理
从视点观察到物体上任一点P处的光强度I应为 环境光反射光强度Ie、漫反射光强度Id以及镜面 反射光的光强度Is的总和：
IIeIdIs IaKaIpKd(LN)IpKs(RV)n
14
光强衰减
光在传播的过程中，其能量会发生衰减。光照 模型中必须考虑光强衰减，否则会影响生成图 形的真实效果。
光强的衰减可以采用常数衰减、一次函数衰减 和二次函数衰减等。
18
颜色
光强计算公式：
n
n
IR IaRKaR f(di)IpR,iKdR(Li N) f(di)IpR,iKsR(Hi N)n
i1
i1
n
n
IG IaGKaG f(di)IpG,iKdG(Li N) f(di)IpG,iKsG(Hi N)(di)IpB,iKdB(Li N) f(di)IpB,iKsB(Hi N)n
各个方向。
点光源
N
L
由Lambert余弦定理可
得点P处漫反射光的强度为：
IdIpKdco,s[0,2]
P
图2 漫反射
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漫反射光（Diffuse Reflection）
若L和N都已规格化为单位矢量，则有
Id IpKd(LN)
点光源
N
L
P
图2 漫反射
10
漫反射光（Diffuse Reflection）