《真实感图形》PPT课件
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制。从红色起点过渡到黑色终点为的直 线如图10-5所示。
2.三角形颜色渐变
一个物体无论表面多么复杂，都可 以采用三角形面片来逼近。在图10-6 所示球的网格划分中，南极和北极必 须采用三角形面片逼近，如图10-7所 示，其余部分则可以使用四边形面片， 而四边形面片又可以看作是两个三角 形面片的组合，如图10-8所示。所以， 三角形面片的明暗处理是光照模型的 面填充基础，三角形面片的颜色渐变 可以采用拉格朗日双线性插值来完成。
10.1.3 Gouraud明暗处理
在第四章实面积图形填充算法中，多 边形内部使用恒定颜色填充，容易造成 在面的交界处产生颜色突变，特别是处 理曲面时，对曲面进行了有限元网格划 分，如果每个小面使用单一颜色填充， 就会造成曲面颜色过渡不光滑，呈块状 效应。
恒定颜色模型基本不能表达光照 效果，需要使用渐变颜色模型，产 生改进方法有两种：一种是对多边 形顶点的颜色进行插值以产生中间 各点的颜色，即Gouraud明暗处 理；另一种是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，即Phong明暗处理。
10.1.1 基本概念
色调是一种颜色区别于其它颜色的基 本要素，如红、绿、蓝、紫等，当人们 谈论颜色时，实际上是指它的色调；
饱和度是指颜色的纯度，纯色是没有 与任何颜色相混合的颜色，纯度为全饱 和。在某种颜色中加入白色相当于降低 了该颜色的饱和度，鲜红色饱和度高， 粉红色饱和度低。
亮度是光照的强度。
第十章 主讲：孔令德
百度文库 ◆颜色模型 ◆材质模型 ◆光照模型 ◆纹理映射
10.1 颜色模型 10.2 材质模型和光照模型 10.3 纹理映射 10.5 本章小结 10.6 习题
三维立体进行消隐后，已经生成了具 有较强立体感的图形。要模拟真实世界， 还必须借助颜色模型、光照模型和纹理 映射等技术为其润色，才能产生真实感 图形。计算机图形学显示真实感图形学 的方法和传统的照相技术很相似。照相 的步骤为：架设相机、选择场景、拍摄 照片、冲洗成像。事实上，在计算机图 形学内，架设相机相当于选择视点、选 择场景相当于确定图形显示的范围。拍 摄照片相当于根据光照模型、物体材质， 纹理方式等模型完成一系列图形变换， 并进行透视投影。
10.1颜色模型
10.1.1 基本概念 10.1.2 RGB颜色模型 10.1.3 Gouraud明暗处理
10.1.1 基本概念
颜色是外来的光线刺激人的 视觉器官而产生的主观感觉。 物体的颜色不仅取决于物体本 身，还与光源、环境以及观察 者的视觉系统有关系。从视觉 角度，颜色包含三个要素：色 调（Hue）、饱和度 （Saturation）和亮度 （Lightness）。
图10-6 球的网格划分 图10-7 球的两极采用三角
形面片
图10-8 三角形面片和四边形面片
在图10-9中，三角形的顶点为A（xA，yA）， 颜色为CA；B（xB，yB），颜色为CB； C（xC，yC），颜色为CC。任一扫描线与三 角形边AC的交点为D（xD，yD），颜色为 CD；与边BC的交点为E（xE，yE），颜色为 CE，F（xF，yF）为DE内的任一点，颜色为 CF。颜色渐变模型要求根据顶点A、B、C的 颜色插值计算三角形内点F的渐变颜色。
在计算机图形学中，为了对颜色进行融 合以产生透明效果，往往还给RGB模型添 加一个Alpha分量，形成RGBA模型。当 两种颜色进行融合时，Alpha因子决定了 两种颜色为融合操作各贡献了多少颜色成 分。
在计算机上进行颜色设计时，可以选择 RGB颜色模型。每个原色分量用一个字节 表示，最大强度为255，最小强度为0。本 节将颜色强度规范化为浮点数闭区间[0.0， 1.0]范围内，使用时将颜色分量直接乘以 常数255，再转换为字节类型就可以使用 RGB函数来显示颜色。
本章主要介绍Gouraud明暗处理， 使用颜色插值计算方法处理直线和多边 形的颜色过渡问题。
1.直线颜色渐变
直线颜色渐变是光照模型的基础。给定直线 两个顶点和颜色，使用拉格朗日线性插值方法 可以完成从起点到终点的颜色过渡。
Cyy1yy00C0yy11yy0C1 Cxx1xx00C0xx11xx0C1
式中：（x0，y0）和C0为直线的起点坐标 和颜色；（x1，y1）和C1为直线的终点坐标 和颜色；C为直线上任意点的颜色值。
直线生成算法可以使用本书第三章的 Bresenham算法，为了和VC++的 LineTo语句风格保持一致，要求绘制 直线时采用“起点闭区间，终点开区
间”，即直线终点的最后一个像素不绘
10.1.1 基本概念
从光学角度出发，颜色的三个特性 分别为：主波长、纯度和明度。
主波长是产生颜色的光的波长，对 应于视觉感知的色调；
光的纯度对应于饱和度; 明度就是光的亮度。
10.1.2 RGB颜色模型
RGB颜色模型可以用一个三维立方体来表示，如 图10-2所示。顶点（0，0，0）代表黑色，顶点 （1，1，1）代表白色。坐标轴上的三个立方体顶 点（1，0，0）、（0，1，0）、（0，0，1）分别 表示RGB三原色，余下的三个顶点（1，0，1）、 （1，1，0）、（0，1，1）则表示每一个原色的 补色，它们分别由同一平面上的两个相邻的顶点颜 色混合而成。在立方体的主对角线上，颜色从黑色 原点过渡到白色顶点，各原色的变化数量相等，产 生了由暗到明的颜色变化，这称为灰度颜色。在具 体实现时，可以使RGB函数的三个分量保持相等， 就生成灰度色。例如RGB（0，0，0）代表黑色， RGB（255，255，255）代表白色，而RGB （128，128，128）代表其中一个灰度，但当R、 G、B三种颜色的数值变化不同步时，就会显示出彩 色。
冲洗照片则是将三维场景消隐后显示 在计算机二维屏幕上。这里需要特别说 明的是目前真实感图形的开发一般使用 OpenGL和DirectX等工具直接进行， 这些工具是集成了计算机图形学基本原 理和算法的开发环境。只要使用相关的 命令，即可高质量地制作出真实感图形， 并不需要如本书一样对计算机图形学的 基本原理进行编程实现。
2.三角形颜色渐变
一个物体无论表面多么复杂，都可 以采用三角形面片来逼近。在图10-6 所示球的网格划分中，南极和北极必 须采用三角形面片逼近，如图10-7所 示，其余部分则可以使用四边形面片， 而四边形面片又可以看作是两个三角 形面片的组合，如图10-8所示。所以， 三角形面片的明暗处理是光照模型的 面填充基础，三角形面片的颜色渐变 可以采用拉格朗日双线性插值来完成。
10.1.3 Gouraud明暗处理
在第四章实面积图形填充算法中，多 边形内部使用恒定颜色填充，容易造成 在面的交界处产生颜色突变，特别是处 理曲面时，对曲面进行了有限元网格划 分，如果每个小面使用单一颜色填充， 就会造成曲面颜色过渡不光滑，呈块状 效应。
恒定颜色模型基本不能表达光照 效果，需要使用渐变颜色模型，产 生改进方法有两种：一种是对多边 形顶点的颜色进行插值以产生中间 各点的颜色，即Gouraud明暗处 理；另一种是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，即Phong明暗处理。
10.1.1 基本概念
色调是一种颜色区别于其它颜色的基 本要素，如红、绿、蓝、紫等，当人们 谈论颜色时，实际上是指它的色调；
饱和度是指颜色的纯度，纯色是没有 与任何颜色相混合的颜色，纯度为全饱 和。在某种颜色中加入白色相当于降低 了该颜色的饱和度，鲜红色饱和度高， 粉红色饱和度低。
亮度是光照的强度。
第十章 主讲：孔令德
百度文库 ◆颜色模型 ◆材质模型 ◆光照模型 ◆纹理映射
10.1 颜色模型 10.2 材质模型和光照模型 10.3 纹理映射 10.5 本章小结 10.6 习题
三维立体进行消隐后，已经生成了具 有较强立体感的图形。要模拟真实世界， 还必须借助颜色模型、光照模型和纹理 映射等技术为其润色，才能产生真实感 图形。计算机图形学显示真实感图形学 的方法和传统的照相技术很相似。照相 的步骤为：架设相机、选择场景、拍摄 照片、冲洗成像。事实上，在计算机图 形学内，架设相机相当于选择视点、选 择场景相当于确定图形显示的范围。拍 摄照片相当于根据光照模型、物体材质， 纹理方式等模型完成一系列图形变换， 并进行透视投影。
10.1颜色模型
10.1.1 基本概念 10.1.2 RGB颜色模型 10.1.3 Gouraud明暗处理
10.1.1 基本概念
颜色是外来的光线刺激人的 视觉器官而产生的主观感觉。 物体的颜色不仅取决于物体本 身，还与光源、环境以及观察 者的视觉系统有关系。从视觉 角度，颜色包含三个要素：色 调（Hue）、饱和度 （Saturation）和亮度 （Lightness）。
图10-6 球的网格划分 图10-7 球的两极采用三角
形面片
图10-8 三角形面片和四边形面片
在图10-9中，三角形的顶点为A（xA，yA）， 颜色为CA；B（xB，yB），颜色为CB； C（xC，yC），颜色为CC。任一扫描线与三 角形边AC的交点为D（xD，yD），颜色为 CD；与边BC的交点为E（xE，yE），颜色为 CE，F（xF，yF）为DE内的任一点，颜色为 CF。颜色渐变模型要求根据顶点A、B、C的 颜色插值计算三角形内点F的渐变颜色。
在计算机图形学中，为了对颜色进行融 合以产生透明效果，往往还给RGB模型添 加一个Alpha分量，形成RGBA模型。当 两种颜色进行融合时，Alpha因子决定了 两种颜色为融合操作各贡献了多少颜色成 分。
在计算机上进行颜色设计时，可以选择 RGB颜色模型。每个原色分量用一个字节 表示，最大强度为255，最小强度为0。本 节将颜色强度规范化为浮点数闭区间[0.0， 1.0]范围内，使用时将颜色分量直接乘以 常数255，再转换为字节类型就可以使用 RGB函数来显示颜色。
本章主要介绍Gouraud明暗处理， 使用颜色插值计算方法处理直线和多边 形的颜色过渡问题。
1.直线颜色渐变
直线颜色渐变是光照模型的基础。给定直线 两个顶点和颜色，使用拉格朗日线性插值方法 可以完成从起点到终点的颜色过渡。
Cyy1yy00C0yy11yy0C1 Cxx1xx00C0xx11xx0C1
式中：（x0，y0）和C0为直线的起点坐标 和颜色；（x1，y1）和C1为直线的终点坐标 和颜色；C为直线上任意点的颜色值。
直线生成算法可以使用本书第三章的 Bresenham算法，为了和VC++的 LineTo语句风格保持一致，要求绘制 直线时采用“起点闭区间，终点开区
间”，即直线终点的最后一个像素不绘
10.1.1 基本概念
从光学角度出发，颜色的三个特性 分别为：主波长、纯度和明度。
主波长是产生颜色的光的波长，对 应于视觉感知的色调；
光的纯度对应于饱和度; 明度就是光的亮度。
10.1.2 RGB颜色模型
RGB颜色模型可以用一个三维立方体来表示，如 图10-2所示。顶点（0，0，0）代表黑色，顶点 （1，1，1）代表白色。坐标轴上的三个立方体顶 点（1，0，0）、（0，1，0）、（0，0，1）分别 表示RGB三原色，余下的三个顶点（1，0，1）、 （1，1，0）、（0，1，1）则表示每一个原色的 补色，它们分别由同一平面上的两个相邻的顶点颜 色混合而成。在立方体的主对角线上，颜色从黑色 原点过渡到白色顶点，各原色的变化数量相等，产 生了由暗到明的颜色变化，这称为灰度颜色。在具 体实现时，可以使RGB函数的三个分量保持相等， 就生成灰度色。例如RGB（0，0，0）代表黑色， RGB（255，255，255）代表白色，而RGB （128，128，128）代表其中一个灰度，但当R、 G、B三种颜色的数值变化不同步时，就会显示出彩 色。
冲洗照片则是将三维场景消隐后显示 在计算机二维屏幕上。这里需要特别说 明的是目前真实感图形的开发一般使用 OpenGL和DirectX等工具直接进行， 这些工具是集成了计算机图形学基本原 理和算法的开发环境。只要使用相关的 命令，即可高质量地制作出真实感图形， 并不需要如本书一样对计算机图形学的 基本原理进行编程实现。