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• 在上述三部分光中，仅仅是透射光和反射光能够进 入人眼产生视觉效果。为模拟这一现象，我们建立 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模型。
2021/3/4
计算机图形学
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8.2.1 环境光
• 环境光是这样一种光 线，它不来自任何特 殊方向；它有光源， 但是被周围的房间或 场景多次反射，最终 达到平衡，以致于变 得没有方向，又称为 背景光。被环境光照 射的物体表面的各个 方向都均等受光，如 图8.7所示。
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计算机图形学
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8.1.3 HSV颜色模型
• 图8.4 HSV颜色模型
图8.5 颜色三角形
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计算机图形学
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8.2 光 照 模 型
• 当光照射到一个物体表面上时，会出现三种情形： 首先，光可以通过物体表面向空间反射，产生反射 光；其次，对于透明体，光可以穿透该物体并从另 一端射出，产生透射光；最后，部分光将被物体表 面吸收而转换成热。
• ③ 检索数据文件，核查消隐后的图形中是否包含有 光照模型下的“隐藏面”。若有，则加以阴影符号 标识图形学
13
8.3.2 阴影体
• 在物体空间中，按照阴影的定义，若光源 照射到的物体表面是不透明的，那么在该 表面后面就会形成一个三维的多面体阴影 区域，该区域被称为阴影体(Shadow Volume)。
• 点光源是发光体的最简单的模型，光线从 一点出发，均匀地向四周发散。它是对场 景中比物体小得多的光源的合理的近似。 离场景足够远的光源，如太阳，也可以用 点光源来较好地模拟。
• 柱光源或锥光源是发出的光线有一定方向 的发光体，像手电筒、探照灯等。
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8.3 阴影的生成
图8.7 环境光照射下的物 体
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8.2.2 漫反射
• 漫反射光是由物体表 面的粗糙不平引起的，
它均匀地向各个方向
传播，与视点无关， 如图8.8所示。漫反射 光在空间均匀分布， 反射光强I与入射光的 入射角θ的余弦成正比， 即
漫反射光
光被均匀的分散
•
Id=KdIpcosθ，
蓝(0，0，1)
青(0，1，1)
品红(1，0，1) 黑（0，0，0）
白(1，1，1) 绿(1，1，0)
红(1，0，0)
黄(1，1，0)
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8.1.2 CMY颜色模型
• 以红、绿、蓝的补色青(Cyan)、品红 (Magenta)、黄(Yellow)为原色构成的是 CMY颜色模型，常用于从白光中滤去某 种颜色，又被称为减性原色系统。
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8.4.1 颜色纹理
• 令A1=A2，则可得到两个正交余弦波产生 的正四边形纹理，如图8.13所示。
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图8.13 两个正交余弦波产生的正四边形纹理
计算机图形学
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8.4.1 颜色纹理
• 二维纹理的函数表示 为：
g
(u,
v)
0 1
u 8 v 8 为奇数 u 8 v 8 为偶数
0≤
≤
• 图8.8 纯散射光源的光照 射在物体上
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8.2.3 镜面反射
• 它跟散射光一样有方向性，但被强制地反射到另 一个特定的方向。图8.9显示了物体被纯镜面光 源照射的情景。
图8.9 物体被纯镜面光源照射
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8.2.4 点光源与柱光源(锥光源)
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8.1.1 RGB颜色模型
• 它采用三维直角坐标系。红、绿、蓝原色 是加性原色，各个原色混合在一起可以产 生复合色，如图8.1所示。
黄=红+绿
红
品红=红+蓝
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绿
蓝
白=红+绿+蓝
青=绿+蓝
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8.1.1 RGB颜色模型
• RGB颜色模型通常采用图8.2所示的单位 立方体来表示。
• 它的纹理图像模拟国 际象棋上黑白相间的 方格，如图8.14所示。
图8.14 二维纹理示意图
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8.4 纹 理 映 射
• 在真实感图形学中，可以用如下的两种方 法来定义纹理。
• 图像纹理：将二维纹理图案映射到三维物 体表面，绘制物体表面上一点时，采用相 应的纹理图案中相应点的颜色值。
• 函数纹理：用数学函数定义简单的二维纹 理图案，如方格地毯。或用数学函数定义 随机高度场，生成表面粗糙纹理即几何纹 理。
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8.4.1 颜色纹理
• 1. 长峰波纹理函数 • 常用的纹理模型是长峰波(Long Create
Wave)纹理模型。设纹理函数为 F(u,v)背 景光亮度为IG ，则长峰波模型定义为一系 列正弦或余弦函数的和，即
F(u,v)IG Aicos(fiugivi)
≤ i≤ 2π
真实感图形显示技 术
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计算机图形学
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8.1 颜 色 模 型
• 物体的颜色不仅取决于物体本身，而且还 与光源、周围环境的颜色，以及观察者的 视觉系统有关。
• 从心理学和视觉的角度出发，颜色有如下 三个特性：色调(Hue)、饱和度 (Saturation)和亮度(Lightness)。
• 与之相对应，从光学和物理学的角度出发， 颜色的三个特性分别为主波长(Dominant Wavelength)、纯度(Purity)和明度 (Luminance)。
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8.1.3 HSV颜色模型
• RGB和CMY颜色模型都是面向硬件的， 相比较而言，HSV(Hue，Saturation， Value)颜色模型是面向用户的。该模型对 应于圆柱坐标系的一个圆锥形子集(如图 8.4所示)。
• HSV颜色模型对应于画家配色的方法。如 图8.5所示为具有某个固定色彩的颜色三 角形表示。
• 8.3.1 扫描线阴影生成算法
• 根据自身阴影的产生原理，归纳出它在图形处理中 生成的过程如下：
• ① 首先将视点置于光源的位置，以光线照射的方向 为观察方向，对在光照模型下的物体实施扫描线消 隐算法，判别出在光照模型下的物体的“隐藏面”， 并在数据文件中加以标识。
• ② 然后按实际的视点位置和观察方向，对物体进行 消隐，生成消隐后的立体图形。
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8.2.1 环境光
• 环境光是这样一种光 线，它不来自任何特 殊方向；它有光源， 但是被周围的房间或 场景多次反射，最终 达到平衡，以致于变 得没有方向，又称为 背景光。被环境光照 射的物体表面的各个 方向都均等受光，如 图8.7所示。
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8.1.3 HSV颜色模型
• 图8.4 HSV颜色模型
图8.5 颜色三角形
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8.2 光 照 模 型
• 当光照射到一个物体表面上时，会出现三种情形： 首先，光可以通过物体表面向空间反射，产生反射 光；其次，对于透明体，光可以穿透该物体并从另 一端射出，产生透射光；最后，部分光将被物体表 面吸收而转换成热。
• ③ 检索数据文件，核查消隐后的图形中是否包含有 光照模型下的“隐藏面”。若有，则加以阴影符号 标识图形学
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8.3.2 阴影体
• 在物体空间中，按照阴影的定义，若光源 照射到的物体表面是不透明的，那么在该 表面后面就会形成一个三维的多面体阴影 区域，该区域被称为阴影体(Shadow Volume)。
• 点光源是发光体的最简单的模型，光线从 一点出发，均匀地向四周发散。它是对场 景中比物体小得多的光源的合理的近似。 离场景足够远的光源，如太阳，也可以用 点光源来较好地模拟。
• 柱光源或锥光源是发出的光线有一定方向 的发光体，像手电筒、探照灯等。
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8.3 阴影的生成
图8.7 环境光照射下的物 体
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8.2.2 漫反射
• 漫反射光是由物体表 面的粗糙不平引起的，
它均匀地向各个方向
传播，与视点无关， 如图8.8所示。漫反射 光在空间均匀分布， 反射光强I与入射光的 入射角θ的余弦成正比， 即
漫反射光
光被均匀的分散
•
Id=KdIpcosθ，
蓝(0，0，1)
青(0，1，1)
品红(1，0，1) 黑（0，0，0）
白(1，1，1) 绿(1，1，0)
红(1，0，0)
黄(1，1，0)
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8.1.2 CMY颜色模型
• 以红、绿、蓝的补色青(Cyan)、品红 (Magenta)、黄(Yellow)为原色构成的是 CMY颜色模型，常用于从白光中滤去某 种颜色，又被称为减性原色系统。
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8.4.1 颜色纹理
• 令A1=A2，则可得到两个正交余弦波产生 的正四边形纹理，如图8.13所示。
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8.4.1 颜色纹理
• 二维纹理的函数表示 为：
g
(u,
v)
0 1
u 8 v 8 为奇数 u 8 v 8 为偶数
0≤
≤
• 图8.8 纯散射光源的光照 射在物体上
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8.2.3 镜面反射
• 它跟散射光一样有方向性，但被强制地反射到另 一个特定的方向。图8.9显示了物体被纯镜面光 源照射的情景。
图8.9 物体被纯镜面光源照射
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8.1.1 RGB颜色模型
• 它采用三维直角坐标系。红、绿、蓝原色 是加性原色，各个原色混合在一起可以产 生复合色，如图8.1所示。
黄=红+绿
红
品红=红+蓝
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绿
蓝
白=红+绿+蓝
青=绿+蓝
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8.1.1 RGB颜色模型
• RGB颜色模型通常采用图8.2所示的单位 立方体来表示。
• 它的纹理图像模拟国 际象棋上黑白相间的 方格，如图8.14所示。
图8.14 二维纹理示意图
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8.4 纹 理 映 射
• 在真实感图形学中，可以用如下的两种方 法来定义纹理。
• 图像纹理：将二维纹理图案映射到三维物 体表面，绘制物体表面上一点时，采用相 应的纹理图案中相应点的颜色值。
• 函数纹理：用数学函数定义简单的二维纹 理图案，如方格地毯。或用数学函数定义 随机高度场，生成表面粗糙纹理即几何纹 理。
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8.4.1 颜色纹理
• 1. 长峰波纹理函数 • 常用的纹理模型是长峰波(Long Create
Wave)纹理模型。设纹理函数为 F(u,v)背 景光亮度为IG ，则长峰波模型定义为一系 列正弦或余弦函数的和，即
F(u,v)IG Aicos(fiugivi)
≤ i≤ 2π
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1
8.1 颜 色 模 型
• 物体的颜色不仅取决于物体本身，而且还 与光源、周围环境的颜色，以及观察者的 视觉系统有关。
• 从心理学和视觉的角度出发，颜色有如下 三个特性：色调(Hue)、饱和度 (Saturation)和亮度(Lightness)。
• 与之相对应，从光学和物理学的角度出发， 颜色的三个特性分别为主波长(Dominant Wavelength)、纯度(Purity)和明度 (Luminance)。
2021/3/4
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5
8.1.3 HSV颜色模型
• RGB和CMY颜色模型都是面向硬件的， 相比较而言，HSV(Hue，Saturation， Value)颜色模型是面向用户的。该模型对 应于圆柱坐标系的一个圆锥形子集(如图 8.4所示)。
• HSV颜色模型对应于画家配色的方法。如 图8.5所示为具有某个固定色彩的颜色三 角形表示。
• 8.3.1 扫描线阴影生成算法
• 根据自身阴影的产生原理，归纳出它在图形处理中 生成的过程如下：
• ① 首先将视点置于光源的位置，以光线照射的方向 为观察方向，对在光照模型下的物体实施扫描线消 隐算法，判别出在光照模型下的物体的“隐藏面”， 并在数据文件中加以标识。
• ② 然后按实际的视点位置和观察方向，对物体进行 消隐，生成消隐后的立体图形。