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第9章 phong光照模型.ppt

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第9章 phong光照模型.ppt
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第九章 简单光照明模型,生成连续色调的真实感图形的四个主要步骤:,用数学方法建立所构造三维场景的几何描述,并将它们输入计算机。(造型) 将三维几何描述转换为二维透视图。(投影) 确定场景中的所有可见面。(消隐) 计算场景中可见面的颜色。(光照),光照模型:,根据光学物理中的有关定律,计算出景物表面上任一点投向观察者眼中的光亮度的大小和色彩组成的公式,从而在显示器上生成所显示的真实感图形。,根据光学、物理学的知识,物体表面呈现的颜色是由表面向视线方向辐射的光能决定的。,若物体表面向视线方向辐射的光中等量包含了所有波长的可见光, 则物体表面将呈现白色、灰色或黑色,即为非彩色; 否则表面将呈现彩色。,当光照到一个物体表面上时会产生反射光、透射光和转换成热量。 其中,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颜色。,计算波长比例要涉及到光谱分析和光谱到颜色的转换, 在计算机图形学中,我们不用这种方法来计算,而是采用较为简单的方法来计算物体的颜色值。也就是一些简单的光照模型。,光的特性,可见光波段中每一频率对应一种单独的颜色,其低频率端是红色,高频率端是紫色 。从低频到高频的光谱颜色变化分别是红,橙,黄,绿,蓝,青和紫。,可用光的波长(λ)或频率(f)来表示各种颜色 。,除频率和波长以外,描述光的各种性质还需要其它一些特征。其中一组特征便是亮度和明度。 物体表面的亮度与其周围环境的亮度无关。 表面的明度即人眼感知到的亮度与其周围环境的亮度相关。,具有恒定亮度的物体,当将其置于不同环境时,它的明度不同。,光的另外一个特征就是光的纯度(Purity)或叫饱和度(Saturation)。 纯度说明光的颜色表现得多纯。 淡的颜色说明不太纯。,颜色模型,所谓颜色模型指的是某个三维颜色空间中的一个可见光子集,它包含某个颜色域的所有颜色。 采用颜色模型的目的是在某个颜色域中方便的指定颜色。,RGB模型,R、G、B分别取值0-1,0-255,三基色示意图,RGB彩色模型也称为加色模型,色彩来源于红、绿、蓝3种基本色的不同亮度的叠加,故称加色模型。 它主要用来描述发光设备,如显示器、电视机、扫描仪等装置所表现的颜色。,9.1 简单光照明模型 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,,,,,建模,投影变换,可见性计算,可见面颜色,用数学方法建立所构造三维场景的几何描述,并将他们输入计算机,这部分工作可由三维立体造型或曲面造型系统来完成,将三维几何描述转化为二维透视图,这可通过对场景的透射变化来完成,确定场景中的所有可见面,这需要使用隐藏面消除算法将视域之外或被其他物体遮挡的不可见面消去。,计算场景中可见面的颜色。,,9.1.1 光 源,光源称为发光体 反射表面(如房屋的墙壁)则称为反射光源,,,通常在一个不透明且不发光的物体表面所观察到的光线是其反射光,它由光源与其他物体表面的反射光所共同产生,光源的几何形状点光源,线光源,面光源和体光源 光源向四周所辐射光的光谱分布 漫反射: 粗糙物体表面往往将反射光向各个方向散射。物体颜色实际上就是入射光线被漫反射后所表现出来的颜色。 镜面反射:磨光物体表面产生的高光或强光 空间光亮度分布 在计算机图形学中,认为光源通常朝空间各个方向发射的光强是相同的。但实际情况常常不是这样,例如遮挡。,光源的属性包括,,9.1.2 材 质,材质的颜色是由它所反射的光的波长决定 如果光线被投射至一个不透明的物体表面,则部分光线被反射,部分被吸收 物体表面的材质类型决定了反射光的强弱 表面光滑较亮的材质将反射较多的入射光,而较暗的表面则吸收较多的入射光。 同样对于一个半透明物体的表面,部分入射光会被反射,而另一部分则被折射。,仅考虑光源直接照射在景物表面所产生的光照效果 景物表面通常被假定为不透明,且具有均匀反射率 能表现由光源直接照射在漫射表面上形成的连续明暗色调,镜面上的高光以及由于景物互相遮挡而形成的阴影等,光照明模型,简单光照明模型,光照明模型,光照效果,光照明模型,一个光照的球体,,光照产生的场景,,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。 反射光组成,环境反射 环境反射假定入射光均匀地从周围环境入射至景物表面并等量地向各个方向反射出去 漫反射与镜面反射 漫反射分量和镜面反射分量则表示特定光源照射在景物表面上产生的反射光。,9.1.3 简单光照明模型,环境反射光是由环境光在邻近物体上经过多次反射所产生的。光是来自四面八方的。 这种光产生的效应简化为它在各个方向都有均匀的光强度Ia,某一个可见物体在仅有环境光照明的条件下,其上各点明暗程度完全一样,分不出哪个地方亮,哪个地方暗。,,1. 环境反射光,Ia为物体的环境光反射亮度,I
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