点光源的光照模型合并
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其中 I a 表示场景中的环境光的大小， ka 为环境光反射的系数。
第十章
2
二、漫反射（Diffuse reflection）:
粗糙的物体表面往往将入射光向各个方向反射，这种光线的散射 现象称为漫反射。假定物体为理想漫反射体，即光线被物体表面漫反 射后向各个方向以同等光强度发散，而与观察方向无关。 物体表面上某点的漫反射光强度可 用公式表示为： 光源 L
采用Phong shading，曲面光滑
第十章
8
第十章 光照模型与面绘制算法
10.1 基本光照模型
10.2 明暗处理
第十章
1
§ 10.1 基本光照模型
当光照到物体表面时，物体对光会发生反射(Reflection)、吸收 (Absorption)、折射(Transmission)和干涉(Interference)等。为物 体的光照效果建立模型是一个非常复杂的过程，计算机图形学中通常 采用数学经验模型来替代复杂的物理模型。
一、Flat shading:
：与该点的位置有关 ：该点处的法向量
该方法中物体每个多边形上所有点都采 有相同的法向量：所在平面的法向量。对于 每一个多边形，只需根据其平面法向量计算 一次光强度，多边形上每个可见点均按这个 光强度进行显示。 第十章 6
N1 V
N2
N
3
N4
NV
N k
M
若有n个点光源，物体表面上某点处的光照模型为：
I I Ambient I Diffuse I Specular k a I a I l [k d ( N L) k s ( N H ) ns ]
i 1
n
第十章
5
§ 10.2 明暗处理
明暗处理就是利用光照模型来计算物体表面的光强度。 对于单个点光源，物体表面上某点处的光照模型为：
N q
I Diffuse k d I l cos q
其中 I l 为光源的强度，参数 k d 在0 与1之间，为漫反射的系数。
N L N L cos q cos q
I Diffuse k d I l ( N L)
第十章
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三、镜面反射（Specular reflection）: 图中用R表示一个理想镜面反射方向的单位向量，L表示指向光源的 单位向量，V为指向观察点的单位向量，角度 j 是V与R之间的夹角。 Phong镜面反射模型：
一、环境光（Ambient light）: 一个物体表面即使不直接暴露在光源下，只要其周围的物体被照 亮，它也可能看得见，称为环境光。环境光没有空间或方向上的特征， 在所有方向上和所有物体表面上投射的环境光数量都恒定不变。 物体表面上某点的环境光强度可用公 式表示为：
I Ambient k a I a
N k
k 1
k 1 M
采用Flat shading，曲面不光滑
二、Gouraud shading:
计算各个多边形顶点处的平均单位法向量； 对多边形顶点根据光照模型计算该点光强度； 在多边形表面上，将顶点光强度进行线性插值， 得到各点的光强度。
采用Gouraud shading，曲面比较光滑
第十章
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二、Gouraud shading:
计算各个多边形顶点处的平均单位法向量； 对多边形顶点根据光照模型计算该点光强度； 在多边形表面上，将顶点光强度进行线性插值， 得到各点的光强度。
采用Gouraud shading，曲面比较光滑
三、Phong shading:
计算各个多边形顶点处的平均单位法向量； 在多边形表面上，将顶点法向量进行线性插值， 得到各点法向量； 根据光照模型计算多边形表面上各点的光强度。
I Specular k s I l cos j
ns
N
H q j R 观察点 V
光源
L q
其中 I l 为光源的强度，参数 k s 在0 n s 为镜 与1之间，为镜面反射的系数， 面反射参数。
cos j V R I Specular k s I l (V R) ns ks I l ( N H )ns
Βιβλιοθήκη Baidu第十章
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环境光
环境光＋漫反射
环境光＋漫反射＋镜面反射
图10-1 光照模型
四、点光源的光照模型合并: 对于单个点光源，物体表面上某点处的光照模型为：
I I Ambient I Diffuse I Specular ka I a kd I l ( N L) k s I l ( N H ) ns
I I Ambient I Diffuse I Specular ka I a kd I l ( N L) k s I l ( N H ) ns
Ia , Il ：为环境光强度和光源强度 ka , kd , ks , ns ：和物体的材质属性有关
L, H N
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二、漫反射（Diffuse reflection）:
粗糙的物体表面往往将入射光向各个方向反射，这种光线的散射 现象称为漫反射。假定物体为理想漫反射体，即光线被物体表面漫反 射后向各个方向以同等光强度发散，而与观察方向无关。 物体表面上某点的漫反射光强度可 用公式表示为： 光源 L
采用Phong shading，曲面光滑
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第十章 光照模型与面绘制算法
10.1 基本光照模型
10.2 明暗处理
第十章
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§ 10.1 基本光照模型
当光照到物体表面时，物体对光会发生反射(Reflection)、吸收 (Absorption)、折射(Transmission)和干涉(Interference)等。为物 体的光照效果建立模型是一个非常复杂的过程，计算机图形学中通常 采用数学经验模型来替代复杂的物理模型。
一、Flat shading:
：与该点的位置有关 ：该点处的法向量
该方法中物体每个多边形上所有点都采 有相同的法向量：所在平面的法向量。对于 每一个多边形，只需根据其平面法向量计算 一次光强度，多边形上每个可见点均按这个 光强度进行显示。 第十章 6
N1 V
N2
N
3
N4
NV
N k
M
若有n个点光源，物体表面上某点处的光照模型为：
I I Ambient I Diffuse I Specular k a I a I l [k d ( N L) k s ( N H ) ns ]
i 1
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§ 10.2 明暗处理
明暗处理就是利用光照模型来计算物体表面的光强度。 对于单个点光源，物体表面上某点处的光照模型为：
N q
I Diffuse k d I l cos q
其中 I l 为光源的强度，参数 k d 在0 与1之间，为漫反射的系数。
N L N L cos q cos q
I Diffuse k d I l ( N L)
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三、镜面反射（Specular reflection）: 图中用R表示一个理想镜面反射方向的单位向量，L表示指向光源的 单位向量，V为指向观察点的单位向量，角度 j 是V与R之间的夹角。 Phong镜面反射模型：
一、环境光（Ambient light）: 一个物体表面即使不直接暴露在光源下，只要其周围的物体被照 亮，它也可能看得见，称为环境光。环境光没有空间或方向上的特征， 在所有方向上和所有物体表面上投射的环境光数量都恒定不变。 物体表面上某点的环境光强度可用公 式表示为：
I Ambient k a I a
N k
k 1
k 1 M
采用Flat shading，曲面不光滑
二、Gouraud shading:
计算各个多边形顶点处的平均单位法向量； 对多边形顶点根据光照模型计算该点光强度； 在多边形表面上，将顶点光强度进行线性插值， 得到各点的光强度。
采用Gouraud shading，曲面比较光滑
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二、Gouraud shading:
计算各个多边形顶点处的平均单位法向量； 对多边形顶点根据光照模型计算该点光强度； 在多边形表面上，将顶点光强度进行线性插值， 得到各点的光强度。
采用Gouraud shading，曲面比较光滑
三、Phong shading:
计算各个多边形顶点处的平均单位法向量； 在多边形表面上，将顶点法向量进行线性插值， 得到各点法向量； 根据光照模型计算多边形表面上各点的光强度。
I Specular k s I l cos j
ns
N
H q j R 观察点 V
光源
L q
其中 I l 为光源的强度，参数 k s 在0 n s 为镜 与1之间，为镜面反射的系数， 面反射参数。
cos j V R I Specular k s I l (V R) ns ks I l ( N H )ns
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环境光
环境光＋漫反射
环境光＋漫反射＋镜面反射
图10-1 光照模型
四、点光源的光照模型合并: 对于单个点光源，物体表面上某点处的光照模型为：
I I Ambient I Diffuse I Specular ka I a kd I l ( N L) k s I l ( N H ) ns
I I Ambient I Diffuse I Specular ka I a kd I l ( N L) k s I l ( N H ) ns
Ia , Il ：为环境光强度和光源强度 ka , kd , ks , ns ：和物体的材质属性有关
L, H N