真实感图形绘制(光照模型 视无关)课件
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

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
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除,谢谢! 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除,谢谢! 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除,谢谢! 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除,谢谢!
第三 确定场景中的所有可见面。 〔消除隐藏面算法〕
真实感图形绘制(光照模型 视无关)课件

10800 rays used in lighting pass.Note:-improved caustic definition,-lighting effect of mirror, -reflection of caustic,-shadowing due to mirror lighting.CausticsFrom Alan Watt, “3D Computer Graphics”Standard raytracer:Diffuse table and blue ball,mirrors left, right and back, transparent red ballBi-directional raytracer More rays in the light passSingle Pass (Conventional RT)Note : caustic due to red transparent ballHenrik http://www.gk.dtu.dk/~hwjBidirectional example200 rays used in lighting pass 400 rays used in lighting passRefraction causticsHenrik http://www.gk.dtu.dk/~hwj15Direct illumination 16Global Illumination17eyediagram photograph:18Original sculpture by John Ferren lit by daylight from behind.Image rendered with radiosity. note color bleeding effects.Ray traced image. A standard ray tracer cannot simulate the interreflection of light between 19Radiosity vs. Ray TracingRay-tracingView-dependentSpecular and refractionRadiosityView-independent Diffuse only20Radiosity vs. Ray Tracing•Ray tracing is an algorithm–If the camera is moved, we have to start over•Radiosity is computed in object-space–View-independent (just don't move the light)–Can pre-compute complex lighting to allow interactive walkthroughs26The Rendering EquationxMuseum simulation. Program of Computer Graphics, Cornell University.50,000 patches. Note indirect lighting from ceiling.32Radiosity Overview在辐射度方法中,所有的景物表面都假设为理想的朗伯漫反射表面所有的入射光在各个方向上反射的光强都一样整个场景被划分为一系列的小区域(small areas, or patches )设小区域i 向外辐射的所有能量的辐射度为Bi,并认为在i 内所有地方的辐射度为一个常数单位如下,表示单位立体角单位面积的瓦特数:Watts / steradian * meter 2x'ω'x'xxx’Discrete Radiosity EquationA iA j•discrete representation•iterative solution•costly geometric/visibility calculationspatches, over which the radiosity =i B The Radiosity Matrix求解该矩阵,就可以为每一个patch 得到一个B i ,它与视点是无关的。
gjlchp10真实感图形绘制

2019/11/12
浙江大学计算机图形学
17
简单光照明模型-漫反射
缺点:对于许多物体,使用上式计算其反 射光是可行的,但对于大多数的物体, 如擦亮的金属、光滑的塑料等是不适用 的,原因是这些物体还会产生镜面发射。
2019/11/12
浙江大学计算机图形学
18
简单光照明模型-镜面反射
镜面反射
浙江大学计算机图形学
6
相关物理知识
光的传播
反射定律:入射角等于反射角,而且反射光 线、入射光线与法向量在同一平面上
光源 入射光
法向量 反射光 视线
2019/11/12
浙江大学计算机图形学
7
折射定律
折射定律:折射线在入射线与法线构成的平 面上,折射角与入射角满足 1 s in
Ia 1.0
Ka 0.4
Ka 0.8
2019/11/12
浙江大学计算机图形学
13
简单光照明模型-环境光
缺点:虽然不同的物体具有不同的亮度, 但是同一物体的表面的亮度是一个恒定 的值,没有明暗的自然过度。
2019/11/12
浙江大学计算机图形学
14
简单光照明模型
考虑引入点光源。 点光源:几何形状为一个点,位于空间中的某
统一表示 R,G,B
I K a C d I a f ( d ) I p [ K d C d ( L N ) K s C s ( V R ) n ]
2019/11/12
浙江大学计算机图形学
对物体表面上的每个点P,均需计算光线
的反射方向。为了减少计算量,假设:
光源在无穷远处,L为常向量
视点在无穷远处,V为常向量
第章真实感图形绘制PPT课件

物体:非透明物体,表面光滑透射光和 散射光不计;被吸收到物体内部的
会产生视觉效果,忽略不计;
光不
因此,简单光照模型只考虑反射光。
反射光包括:环境光、漫反射光、镜面反射光。
10.2.1 环境光
物体接受到的周围物体散射出来的光, 代表一种分布光源。
P点对环境光的反射强度为
其中
Ie——环境光的漫反射光强 Ia——入射的环境光光强 Ka——环境光的漫反射常数
Ie = Ia * Ik
P
环境光的反射
10.2.2 漫反射光
漫反射:一个粗糙的物体表面对光源的反应为漫反射, 即光线入射到该表面后,向各个方向做同等光强的反射。 所以从任何角度看,该物体具有同样的亮度。
点光源
N
L
q
P
漫反射
漫反射光(Diffuse Reflection)
对于彩色
I p (I pR , I pG , I pB ) 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 I p,i Kd (Li N ) i 1
i 1
i 1
n
n
I B I aB KaB f (di )I pB,i KdB (Li N ) f (di )I pB,i K sB (Hi N )n
i 1
i 1
10.3 基于简单光照模型的多边形绘制
10.3.1 恒定光强的多边形绘制
只用一种颜色绘制整个多边形:任取多边形上一点,利 用简单光照模型计算出它的颜色,该颜色即是多边形的 颜色。
《真实感光照效果》幻灯片PPT

14
Ray-Tracing: Why Use It?
Simulate rays of light Produces natural lighting effects Reflection
Fall 2021
15
Ray-Tracing: Why Use It?
5
Locally illuminated test scene.
Phong shading. Ambient, diffuse and Specular terms.
Notes : • Highlight on wall from light is in the wrong place
6
Comparison.
Flat
Gouraud
Phong
Coarser mesh
7
Use Local illumination.
• No. • In our test scene, we can’t represent :
✓ Mirror ✓ Chrome teapot. ✓ Shiny floor ✓ Shadows • with local illumination.
R
2
N2 R
1
L2
T3
T1 N3
R
3
N1
L1
L3
Eye
L1
R
T1
1
L2
L3
Ni surface normal Eye
R
2
R
T3
3
Ri reflected ray
Li shadow ray Ti transmitted (refracted) ray
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
第十章真实感图形PPT课件

红
蓝
品红
图10-3 HSV正六边形
12
13
V
绿
黄
白
红
青
蓝
品红
H S
黑
图10-4 HSV 颜色模型
14
HSV六棱锥
HSV圆锥
15
色泽
白
纯色
灰色色调色深黑 Nhomakorabea图10-5 色泽、色深和色调的关系图
16
表10-1 RGB和HSV的对应关系 图10-5 Photoshop 软件中表示的RGB模型和HSB模型的转换 17
20
从上面的顺序中,可以很明显地感到各种油墨添加后的 效果。在印刷过程中,纸张在各个滚筒间传送,可能因为热 胀冷缩或者其他的一些原因产生了位移,这可能使得原本该 印上颜色的地方没有印上。为了检验印刷品的质量,在印刷 各个颜色的时候,都会在纸张空白的地方印一个+符号。如果 每个颜色都套印正确,那么在最终的成品上只会看到一个+符 号。如果有两个或三个,就说明产生了套印错误,将会造成 废品。
29
10.2.2 环境光模型
环境光是环境中其它物体散射到物体表面后再反射出来的 光。由周围物体多次反射所产生的环境光来自周围各个方向, 又均匀地向各个方向反射。
环境光的反射光强Ia可表示为
I e ka I a ,0.0≤ka≤1.0
(10-4)
P
图10-9 环境光几何表示
30
10.2.3 漫反射光模型
19
在图像交付印刷的时候,一般需要把这四个通道的灰度 图制成胶片(称为出片),然后制成硫酸纸等,再上印刷机进 行印刷。传统的印刷机有4个印刷滚筒(形象比喻,实际情况 有所区别),分别负责印制青色、品红色、黄色和黑色。一张 白纸进入印刷机后要被印4次,先被印上图像中青色的部分, 再被印上洋红色、黄色和黑色部分,顺序如下图:
《计算机图形学》09-真实感图形生成技术PPT课件

五. 一般物体的表示 对于一般的物体,如果其表面的光滑度较低,也就是镜面反射
不太明显, 甚至可忽略不计(如一般的地表、橡胶制品等等)则可 将前述phong模型中的镜面反射部分去掉而简化成:
R
R0
G d(1d)cos G0
B
B0
又因环境反射光所占比例极小(d《1),有时也可忽略
不计,故可得:
R
2020年9月28日
21
2. Gouraud 方法(双线性亮度插值法)
基本思想:对离散的辉度采样并作双线性插值,以获得一个 连续的辉度函数。
具体做法:首先计算多边形所有顶点的亮度,之后,把它们 作为曲面光亮度的采样点,然后再利用多边形顶点的光亮度插 值计算出多边形内任一点的光亮度,在这里与扫描线绘制算法 结合起来,沿当前扫描线进行双线性插值。即先用多边形顶点 的光亮度线性插值出当前扫描线与多边形交点处的光亮度,然 后再用交点的光亮度线性插值出扫描线位于多边形内区段上每 一象素处的光亮度值。
因为同一个三角形上的所有点必处于同一个平面上,所以所有 点的法向相同,这样就可取其中一点作为代表(通常取其重心 点)。根据视点、光源、物体的颜色等已知的条件及物体的材质, 采用前述的公式计算出该点的辉度值,并以此作为整个三角形面 素的辉度值。
在计算三角形面素辉度值时,要计算三角形面素的重心坐标、 法线矢量、视线矢量和光源方向矢量。其计算方法与前述的完全 一样。
8
由于假定环境反射分量基于均匀入射的漫射光,因 此可以用一常数来表示。则
I漫=Ipa + IpdCOSθ Ipa为环境反射分量,一般取(0.02-0.2)Ipd。 对于某些物体,如擦亮的金属,光滑的塑料等,受光
照射后会表现出特有的光泽,如一个点光源照射一个金
《真实感图形》课件

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。
计算机图形学课件-第13章-真实感图形PPT教学课件

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
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
上一页 下一页 退出
光滑表面(简单光照明模型 模拟)
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10
800 rays used in lighting pass.
Note:
-improved caustic definition,-lighting effect of mirror, -reflection of caustic,
-shadowing due to mirror lighting.Caustics
From Alan Watt, “3D Computer Graphics”
Standard raytracer:
Diffuse table and blue ball,
mirrors left, right and back, transparent red ball
Bi-directional raytracer More rays in the light pass
Single Pass (Conventional RT)
Note : caustic due to red transparent ball
Henrik http://www.gk.dtu.dk/~hwj
Bidirectional example
200 rays used in lighting pass 400 rays used in lighting pass
Refraction caustics
Henrik http://www.gk.dtu.dk/~hwj
15Direct illumination 16
Global Illumination
17eye
diagram photograph:
18
Original sculpture by John Ferren lit by daylight from behind.
Image rendered with radiosity. note color bleeding effects.Ray traced image. A standard ray tracer cannot simulate the interreflection of light between 19
Radiosity vs. Ray Tracing
Ray-tracing
View-dependent
Specular and refraction
Radiosity
View-independent Diffuse only
20
Radiosity vs. Ray Tracing
•Ray tracing is an algorithm
–If the camera is moved, we have to start over
•Radiosity is computed in object-space
–View-independent (just don't move the light)
–Can pre-compute complex lighting to allow interactive walkthroughs
26
The Rendering Equation
x
Museum simulation. Program of Computer Graphics, Cornell University.
50,000 patches. Note indirect lighting from ceiling.
32
Radiosity Overview
在辐射度方法中,所有的景物表面都假设为理想的朗伯漫反射表面
所有的入射光在各个方向上反射的光强都一样
整个场景被划分为一系列的小区域(small areas, or patches )设小区域i 向外辐射的所有能量的辐射度为Bi,并认为在i 内所有地方的辐射度为一个常数
单位如下,表示单位立体角单位面积的瓦特数:
Watts / steradian * meter 2
x'
ω'
x'x
x
x’
Discrete Radiosity Equation
A i
A j
•discrete representation
•iterative solution
•costly geometric/visibility calculations
patches, over which the radiosity =i B The Radiosity Matrix
求解该矩阵,就可以为每一个patch 得到一个B i ,它与视点
是无关的。
12n B B B
⋮12n E E E
⋮=
111112112212221111n n n n nn F F F F F F F ρρρρρρρ−−− −−
−−
⋯⋮⋱⋯⋯+=i i E B
37121
21112i i i i i i i i in n n n B B B E B F B E B F F B E B E ρρρ
=+
⋮⋮⋮⋮⋮⋮⋯This method is fundamentally a Gauss-Seidel relaxation (高
斯-赛德尔迭代法,松弛法)
38
(intensities) needed by the 39
Factory simulation. Program of Computer Graphics, Cornell University.
30,000 patches.
Questions?40
Example
•Color bleeding is extreme in this example
•Textures are applied after solving for illumination •Some meshing
artifacts are visible -note the banding
around the pictures
on the wall
From Alan Watt, “3D Computer Graphics”
From Alan Watt, “3D Computer Graphics”
Calculating the Form Factors
•Point-patch
•Patch-patch
53Coarse patch solution (145 patches)Improved solution (1021 subpatches) Adaptive subdivision (1306 subpatches)
54
Discontinuity Meshing
•Create mesh depending on expected shadow boundaries •Limits of umbra and penumbra
–Captures nice shadow boundaries –Complex geometric computation
–The mesh is getting complex
penumbra
umbra
source
blocker
55
Discontinuity Meshing 56
With visibility skeleton & discontinuity meshing
Hierarchical Approach
目的:减少计算形状因子数量
–根据作用的重要性,面片表
示成多个层次
–作为辐射源面片时,剖分可
粗一些,作为光能接受面片
时,剖分细一些。
•桌子和小立方体都对周围墙
面有影响,但是小立方体影
响不大,微微移动小立方
体,光影不会变化太大,桌
子可以剖分的大一些;
•但是在绘制桌子时,要绘制
局部细节,小立方体对它的
影响大,桌子需要细剖分;
57
constant
constant
proportional to the incident radiance.
constant
If the light source is a point source, a pixel
intensity will only be a function of。