计算机图形学第十章

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计算机图形学实验指导书(vc++版)

实验指导书刘文涛2013目录第一章图形学实验环境和要求 (4)1.1 VC++实验环境 (4)1.1.1 基本环境 (4)1.1.1 开发图形程序的一般流程 (7)1.1.3 基本绘图函数介绍 (11)1.2 OpenGL (22)1.2.1 OpenGL介绍 (22)1.2.2 OpenGL开发环境 (24)1.2.3 OpenGL函数 (24)1.2.4 回调函数 (25)1.2.4 一个典型OpenGL例程 (26)1.3 实验要求 (29)1.3.1 实验内容 (29)1.3.2 实验方法 (29)1.3.3 实验效果 (30)第二章直线生成算法 (30)2.1 实验原理 (30)2.1.1 DDA算法 (30)2.1.2 Bresenham算法 (30)2.2 实验内容 (30)2.3 参考示例程序 (30)第三章圆和椭圆生成算法 (32)3.1 实验原理 (32)3.2 实验内容 (32)3.3 参考示例程序1 (32)3.4 参考示例程序2 (33)第四章裁剪算法 (35)4.1 实验原理 (35)4.2 实验内容 (35)4.3 示例程序 (35)4.3.1 参考例子1 (35)4.3.2参考例子2 (38)第五章二维变换 (40)5.1 实验原理 (40)5.2 实验内容 (40)5.3 示例程序 (40)5.3.1参考例子1 (40)第六章三维变换 (44)6.1 实验原理： (44)6.2 实验内容 (45)6.3示例程序 (45)第七章填充算法 (47)7.1 实验原理： (47)7.2 实验内容 (47)7.3示例程序 (47)第八章曲线曲面 (50)8.1 实验原理 (50)8.2 实验内容 (50)8.3示例程序 (51)8.3.1 参考例子（1） (51)8.3.2 参考例子（2） (52)8.3.3 参考例子（3） (54)8.3.4 参考例子（4） (56)第九章真实感图形绘制 (59)9.1 实验原理 (59)9.2 实验内容 (59)9.3示例程序 (59)9.3.1参考例子（1） (59)9.3.2参考例子（2） (61)9.3.3参考例子（3） (63)第十章动画 (66)10.1 实验原理 (66)10.2 实验内容 (66)10.3示例程序 (66)10.3.1 参考例子 (66)参考文献： (72)第一章图形学实验基础1.1 VC++实验环境1.1.1 基本环境Microsoft Visual C++ 6.0 是微软推出的功能强大的可视化C/C++语言编译器，运行在Windows 9x/2000/NT等平台上，可以建立32位应用程序。

计算机图形学基础(第2版)课后习题答案__陆枫

第一章绪论概念：计算机图形学、图形、图像、点阵法、参数法、图形的几何要素、非几何要素、数字图像处理；计算机图形学和计算机视觉的概念及三者之间的关系；计算机图形系统的功能、计算机图形系统的总体结构。

第二章图形设备图形输入设备：有哪些。

图形显示设备：CRT的结构、原理和工作方式。

彩色CRT：结构、原理。

随机扫描和光栅扫描的图形显示器的结构和工作原理。

图形显示子系统：分辨率、像素与帧缓存、颜色查找表等基本概念，分辨率的计算第三章交互式技术什么是输入模式的问题，有哪几种输入模式。

第四章图形的表示与数据结构自学，建议至少阅读一遍第五章基本图形生成算法概念：点阵字符和矢量字符；直线和圆的扫描转换算法；多边形的扫描转换：有效边表算法；区域填充：4／8连通的边界／泛填充算法；内外测试：奇偶规则，非零环绕数规则；反走样：反走样和走样的概念，过取样和区域取样。

5.1.2 中点Bresenham 算法（P109）5.1.2 改进Bresenham 算法（P112）习题解答习题5（P144）5.3 试用中点Bresenham算法画直线段的原理推导斜率为负且大于1的直线段绘制过程（要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程）。

（P111）解：k<=-1 |△y|/|△x|>=1 y为最大位移方向故有构造判别式：推导d各种情况的方法(设理想直线与y=yi+1的交点为Q)：所以有：y Q-kx Q-b=0 且y M=y Qd=f(x M-kx M-b-(y Q-kx Q-b)=k(x Q-x M)所以，当k<0，d>0时，M点在Q点右侧（Q在M左），取左点 P l(x i-1,y i+1)。

d<0时，M点在Q点左侧（Q在M右），取右点 Pr(x i,y i+1)。

d=0时，M点与Q点重合（Q在M点），约定取右点Pr(x i,y i+1) 。

所以有递推公式的推导：d2=f(x i-1.5,y i+2)当d>0时,d2=y i+2-k(x i-1.5)-b 增量为1+k=d1+1+k当d<0时,d2=y i+2-k(x i-0.5)-b 增量为1=d1+1当d=0时,5.7 利用中点Bresenham 画圆算法的原理，推导第一象限y＝0到y＝x圆弧段的扫描转换算法（要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程）。

计算机图形学智慧树知到答案章节测试2023年中国地质大学(武汉)

第一章测试1.计算机图形学产生图形，计算机图像学产生图像。

（）A:对B:错答案:B2.下列哪项不属于计算机图形学的应用领域？（）A:虚拟现实B:游戏实时显示C:科学计算可视化D:计算机辅助设计E:数字电影制作F:识别图片中的动物答案:F3.本课程将讲不讲解以下哪个内容？（）A:动画生成B:真实感图像生成C:曲线生成D:游戏制作答案:D4.使用OPENGL画带颜色的直线，需要调用不同的函数，分别指定颜色和起始点坐标。

（）A:错B:对答案:B5.在OPENGL中定义的结点仅包含位置信息。

（）A:对B:错答案:B第二章测试1.四面体的表面建模中，可用四个三角形来描述四面体的表面，每个三角形包含三个点，因此，四面体中点的总个数为（）。

A:12B:6C:4D:9答案:C2.三次BEZIER曲线有几个控制点？（）A:3B:5C:4D:6答案:C3.三次BEZIER曲线经过几个控制点？（）A:3B:4C:2D:1答案:C4.不经过Y轴的斜线绕Y轴旋转得到的曲面是（）A:半球面B:球面C:柱面D:圆台面答案:B5.BEZIER曲线上的所有点都是由控制点经过插值得到的。

（）A:错B:对答案:A第三章测试1.通过变换可以将单位圆变成长半轴2短轴0.5的椭圆，具体实施步骤是（）。

A:水平方向做平移变换，竖值方向做平移变换B:水平方向做拉伸变换，竖值方向做平移变换C:水平方向做收缩变换，竖值方向做拉伸变换D:水平方向做拉伸变换，竖值方向做收缩变换答案:B2.变换前后二线夹角保持不变的保角变换有（）A:镜像B:旋转C:平移D:缩放答案:D3.水平方向的剪切变换，如果表达为x’=ax+by y’=c x+dy,则有（）。

A:b=1,c=1,d=0B:a=0,b=1,c=1C:a=1,b=0,d=1D:a=1,c=0,d=1答案:D4.正交变换不包括（）。

A:剪切B:镜像C:旋转D:平移答案:A5.变换的复合运算不满足交换律。

计算机图形学教案

计算机图形学教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍计算机图形学的定义计算机图形学的发展历程计算机图形学的应用领域1.2 图形与图像的区别图像的定义图形的定义图形与图像的联系与区别1.3 计算机图形学的基本概念像素与分辨率矢量与栅格颜色模型图像文件格式第二章：二维图形基础2.1 基本绘图函数画点函数画线函数填充函数2.2 图形变换平移变换旋转变换缩放变换2.3 图形裁剪矩形裁剪贝塞尔曲线裁剪多边形裁剪第三章：三维图形基础3.1 基本三维绘图函数画点函数画线函数填充函数3.2 三维变换平移变换旋转变换缩放变换3.3 光照与材质基本光照模型材质的定义与属性光照与材质的实现第四章：图像处理基础4.1 图像处理基本概念像素的定义与操作图像的表示与存储图像的数字化4.2 图像增强对比度增强锐化滤波4.3 图像分割阈值分割区域生长边缘检测第五章：计算机动画基础5.1 动画基本概念动画的定义与分类动画的基本原理动画的制作流程5.2 关键帧动画关键帧的定义与作用关键帧动画的制作方法关键帧动画的插值算法5.3 骨骼动画骨骼的定义与作用骨骼动画的制作方法骨骼动画的插值算法第六章：虚拟现实与增强现实6.1 虚拟现实基本概念虚拟现实的定义与分类虚拟现实技术的关键组件虚拟现实技术的应用领域6.2 虚拟现实实现技术头戴式显示器（HMD）位置追踪与运动捕捉交互设备与手势识别6.3 增强现实基本概念与实现增强现实的定义与原理增强现实技术的应用领域增强现实设备的介绍第七章：计算机图形学与人类视觉7.1 人类视觉系统基本原理视觉感知的基本过程人类视觉的特性和局限性视觉注意和视觉习惯7.2 计算机图形学中的视觉感知视觉感知在计算机图形学中的应用视觉线索和视觉引导视觉感知与图形界面设计7.3 图形学中的视觉错误与解决方案常见视觉错误分析避免视觉错误的方法提高图形可读性与美观性第八章：计算机图形学与艺术8.1 计算机图形学在艺术创作中的应用数字艺术与计算机图形学的交融计算机图形学工具在艺术创作中的使用计算机图形学与艺术的创新实践8.2 计算机图形学与数字绘画数字绘画的基本概念与工具数字绘画技巧与风格数字绘画作品的创作与展示8.3 计算机图形学与动画电影动画电影制作中的计算机图形学技术3D动画技术与特效制作动画电影的视觉艺术表现第九章：计算机图形学的未来发展9.1 新兴图形学技术的发展趋势实时图形渲染技术基于物理的渲染动态图形设计9.2 计算机图形学与其他领域的融合计算机图形学与的结合计算机图形学与物联网的结合计算机图形学与生物医学的结合9.3 计算机图形学教育的未来发展图形学教育的重要性图形学教育的发展方向图形学教育资源的整合与创新第十章：综合项目实践10.1 项目设计概述项目目标与需求分析项目实施流程与时间规划项目团队组织与管理10.2 项目实施与技术细节项目技术选型与工具使用项目开发过程中的关键技术项目测试与优化10.3 项目成果展示与评价项目成果的展示与推广项目成果的评价与反馈重点和难点解析一、图像的定义与图像的定义，图形与图像的联系与区别1. 学生是否能够理解并区分图像和图形的概念。

《计算机图形学》课件

04
光照模型与阴影生成算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现实和电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色，提供沉浸式的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现，帮助人们理解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境，实现人机交互，增强现实感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据，通常用于表示真实世界或模拟的视觉信息。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示，为观众提供沉浸式的观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理，将三维物体以全息图像的形式呈现出来，使观众能够从不同角度观察到物体的立体形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合，提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度（或明度）来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布和强度，以达到特定的
视觉效果。
图像分割

计算机图形学习题参考答案(完整版)

2
区域二（下半部分）
k (x k, yk) pk 0 (7, 3) b 2(x 0 1/2)2 a 2(y01)2a 2b 2 23 1 (8, 2) p02a 2y1a 22b 2x1 361 2 (8,1) p12a 2y2 a 2 297 3 (8, 0)
2a yk pk 2 2 2 1600 b a b (1/4)a 332 768 p0 2b2x1b2 224 768 p12b 2x 2 b 2 44 768 p2 2b 2x 3 b2 208 2 640 p3 2b x 4 b 22a 2y 4 108 640 p4 2b 2x 5 b 2 288 512 p5 2b 2x 6 b 22a 2y6 244 384
10、使用中点椭圆算法，绘制中心为 (0, 0) ，长半径 a 8 ，短半径 b 6 的椭圆在第一象限中的部分。解：区域一（上半部分）
k (x k, yk) 2b x k 0 (0, 8) 0 1 (1, 8) 72 2 (2, 8) 144 3 (3, 8) 216 4 (4, 7) 288 5 (5, 7) 360 6 (6, 6) 432 7 (7, 6) 504 8 8, 5
第 2 章基本图元的显示
1、假设 RGB 光栅系统的设计采用 810 英寸的屏幕，每个方向的分辨率为每英寸 100 个像素。如果每个像素 6 位，存放在帧缓冲器中，则帧缓冲器需要多大存储容量（字节数）？解： 8100101006/8600000 （字节）。 2、假设计算机字长为 32 位，传输速率为 1 MIP（每秒百万条指令）。300 DPI(每英寸点数)的激光打印机，页面大小为 8.511 英寸，要填满帧缓冲器需要多长时间。解：
2
11、已知： A(0, 0) 、 B(1, 1) 、 C(2, 0) 、 D(1, 2) ，请判断多边形 ABCD 是否是凹多边形。解：多边形的边向量为 AB (1,1, 0) ， BC (1, 1, 0) ， CD (1, 2, 0) ， DA(1, 2, 0) 。因为

计算机图形学_完整版 ppt课件

发展趋势：与信息技术、大数据、人工智能等新兴技术相结合，推动健康服务与管理的智能化、精细化发展
专业定位与目标
定位：培养具备公共管理、健康服务与管理专业知识和技能的人才
目标：提高公共管理水平，促进健康服务与管理领域的发展
培养目标：具备公共管理、健康服务与管理专业知识和技能，能够从事相关工作的人才
04
健康服务与管理专业能够促进医疗资源的合理配置和利用
2
专业课程设置
核心课程
公共管理学
卫生信息管理
卫生服务人力资源管理
卫生服务领导力
健康服务与管理
卫生服务营销
卫生服务财务管理
卫生服务创新与变革
卫生经济学
卫生服务组织与管理
卫生服务战略管理
卫生服务研究方法
卫生政策与法规
卫生服务评估与质量管理
有效沟通
02
具备良好的团队协作能力，能够与团队成员共同
完成工作任务
03
具备良好的组织协调能力，能够协调和管理各种
资源
04
具备良好的学习能力，能够不断更新自己的知识
和技能
05
具备良好的心理素质，能够应对工作中的压力和
挑战
感谢您的观看
4
就业前景与职业发展
主要就业领域
1
2
3
4
5
6
Hale Waihona Puke 政府部门：卫生、社保、医
保等
医疗机构：医健康管理机构：企业：人力资
院、诊所、康健康咨询、体源、员工健康
复中心等
检中心等
福利管理等
教育机构：高校、职业院校
等
科研机构：公共卫生、健康

图形学复习大纲

图形学复习大纲计算机图形图像学复习大纲：第一章1.关于计算机图形学的含义（填空、选择、判断）2.关于图形分类及举例3.关于图形的表示方法（两种）<概念、区别>4.图形与图像的区别5.图形学的另一种解释6.阴极射线管组成（五部分）7.什么是分辨率及特性8.习题3（图形、图像含义）第二章1.什么是CDC类（P31下）设备上下文对象的基类2.例2.4、例2.5（P35、P38）第三章1.什么是直线的扫描转换2.程序：利用中点Bresenham绘直线第四章1.多边形定义及分类，三种。

（P73）2.多边形表示方法有哪两种（顶点、点阵）及其概念3.什么是多边形扫描转换4.什么是多边形填充5.有效边表填充原则（下闭上开、左闭右开）6.什么是有效边、有效边表7.分析题：分析某个多边形关于某条扫描线的有效边表8.什么是桶表（又名边表）9.什么是边缘填充？[P80]10.什么是种子填充算法？11.什么是四/八邻接点（连通域）。

简答第五章二维变换和裁剪1.什么是图形几何变换？分为几种？2.什么是（规范化）齐次坐标？点的表达式3.三维变换矩阵的形式，和子矩阵功能：T1、T2、T3、T4形式、作用4.二维图形基本几何变换5.什么是平移（比例）变换，概念和过程？6.如何使用比例变换改变图形形状（P92中）7.什么是旋转变换（概念、结论）8.什么是反射变换（概念、3个结论矩阵）9.错切变换（概念）10.例1、例2（P95、97）11.什么是用户、观察、设备、规格化设备坐标系12.窗口、视区的关系，概念13.什么是裁剪、算法原理14.习题1.2.4（P106）第六章三维变换和投影1.三维几何变换矩阵2.平移、比例矩阵3.什么是平行投影，特点和分类？4.什么是三视图、哪三个，加以区分5.透视投影的特点6.什么是透视投影、视心、视点、视距7.透视变换坐标区包含3个（区别）8.什么是灭点、性质是什么？P1259.什么是主灭点、性质？10.什么是一、二、三点透视第七章自由变换曲线和曲面1.什么是样条曲线/面2.曲线曲面的表示形式3.什么是拟合、逼近4.什么是Bezier曲线及性质？P1375.一次、二次、三次Bezier的形状？6.Bezier性质（简答）第九章动态消隐1.什么是消隐？P1872.什么是图形的几何信息、拓扑信息？3.线框、表面实体模型的区别4.什么是消隐图5.消隐算法分类6.隐线算法原理（简答）7.隐线算法的特性8.凸面体的性质第十章真实感图形1.什么是颜色2.颜色的三要素和概念3.三刺激理论4.三原色性质5.常用颜色模型6.灰度和彩色的区分7.颜色渐变的方法8.关于直线的渐变9.三角形颜色渐变10.什么是材质第一章导论1.关于计算机图形学的含义（填空、选择、判断）？计算机图形学是一种使用图形生成原理和算法将二维或三维图形转化为光栅化的计算机显示的学科。

计算机图形学基础教程

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
计算机图形学的定义
计算机图形学的发展历程
计算机图形学开始萌芽，当时的计算机只能显示简单的字符和线条。
1950年代
随着计算机硬件和软件技术的进步，计算机图形学开始进入快速发展阶段，出现了许多重要的技术和算法。
1970年代
计算机图形学进入商业应用阶段，开始广泛应用于电影、游戏、广告等领域。
1980年代
DirectX编程实践
总结词：WebGL是一种基于OpenGL ES的JavaScript API，用于在Web浏览器中实现3D图形渲染。详细描述：WebGL可以在浏览器中创建高性能的3D图形应用，适用于开发各种类型的可视化应用，如科学、工程、娱乐等领域的在线展示。编程实践学习WebGL的基本概念和架构。掌握WebGL的渲染流程和基本操作。学习WebGL中的着色器和纹理映射的使用。通过实践案例，掌握WebGL在Web应用开发中的应用。
比较两者的优缺点，以及在高性能计算中的应用。
01
02
03
VR硬件与软件
介绍如Oculus Rift、HTC Vive等主流虚拟现实硬件和相关软件。
AR硬件与软件
介绍如Google Glass、ARKit等增强现实硬件和软件平台。
VR/AR应用场景
探讨虚拟现实和增强现实在游戏、教育、医疗等领域的应用。
虚拟现实与增强现实技术
05
计算机图形学实践案例
总结词：OpenGL是一种跨平台的图形编程API，适用于开发高性能的2D和3D图形应用。详细描述：OpenGL提供了一套丰富的图形渲染功能，包括建模、材质、光照、纹理、动画等，开发者可以使用OpenGL进行低级别的图形渲染和控制。编程实践学习OpenGL的基本概念和架构。掌握OpenGL的渲染流程和基本操作。学习OpenGL中的着色器和缓冲区的使用。通过实践案例，掌握OpenGL在游戏、科学可视化等领域的应用。

《计算机图形学》1-8章习题解答

由于参数方程次数太低会导致控制曲线的灵活性降低，曲线不连续；而次数太高则会导致计算复杂，存储开销增大。因此，为了在计算速度和灵活性之间寻找一个合理的折衷方案，多采用三次参数方程来表示自由曲线。
3．请给出Hermite形式曲线的曲线段i与曲线段i-1及曲线段i+1实现C1连续的条件。
答：参见教材第133页。
(4)进行步骤（2）和（1）的逆变换，变换矩阵为和。
设向量 ,则有，所以变化矩阵为：
8．如何确定一个点P在观察点的内部还是外部？
答：一个平面将空间分成两部分。平面的一般方程是：
对于任意点，若定义一个标量函数 ,有：
如果，则说明P点和Q点在同一边（相对平面而言）。令分别表示顶平面、底平面、右平面、左平面、前平面、后平面。
（a）相对于水平线y=2；
（b）相对于垂直线x=2；
（c）相对于直线y=x+2。
答：
(a)
(b)
(c)
4．请写出一个图例变换，将正方形A(0,0),B(1,0),C(1,1),D(0,1)一半大小的复本放到主图形的坐标系中，且正方形的中心在(-1,-1)点。
答：原正方形的中心在P（1/2,1/2），首先进行关于P点的缩放变换，变换矩阵为M;
对到直线上的任意点，要证明在和连接的直线上，其中是的变换，且，（3）
即要证明：，（4）
将公式（1）、（2）、（3）代入公式（4），经整理得：
因为满足：，
由此得到，在和连接的直线上。
6．二次旋转变换定义为先绕x轴旋转再绕y轴旋转的变换：
（a）写出这个变换的矩阵；
（b）旋转的先后顺序对结果有影响吗？
A（0001）B（1000）、C（0000）D（1010）、E（0000）F（0000）、G（0100）H（0010）、I（1001）J（1000）

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简单光照明模型-镜面反射
• 镜面反射 I s I p K s cos a
n
或 I s I p K s (V R ) n
• Is为镜面反射光强。 I p 点光源的亮度 –Ks是与物体有关的镜面反射系数。n为镜面反射指数，n越大，则Is随a的增大衰减的越快。
– n的取值与表面粗糙程度有关。
• Phong光照明模型是真实感图形学中提出的第一个有影响的光照明模型 • 经验模型，Phong模型存在不足：
–显示出的物体象塑料，无质感变化 –没有考虑物体间相互反射光 –镜面反射颜色与材质无关 –镜面反射大入射角失真现象
多边形绘制方法
• 分类：均匀着色与光滑着色 • 均匀着色
方法：任取多边形上一点，利用光照明方程计算出它的颜色，用这个颜色填充整个多边形
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，位于空间中的某个位置，向周围所有的方向上辐射等强度的光。记其亮度为Ip
• 点光源的照射：在物体的不同部分其亮度也不
同，亮度的大小依赖于物体的朝向及它与点光源之间的距离.
简单光照明模型：-漫反射
• 漫反射
– 粗糙、无光泽物体（如粉笔）表面对光的反射 – 光照明方程
后参考面
简单光照明模型-光的衰减
• 当Z0 >Zf时，取S0=Sf • 当Z0 <Zf时，取S0 =Sb • 当Z0e [Zb,Zf]时，取
S0 Sb
S f Sb
Z f Zb
(Z0 Zb )
• 原亮度I按比例S0与融和亮度Idc混合，目的是获得最终用于显示的亮度I’，Idc由用户指定，I S I (1 S ) I
• 上述各等式中，右端的矢量用来控制表面的基本颜色，当选定了物体表面的颜色之后，它们就固定不变了。用户通过调节Ka，Kd，Ks来改变表面的反射率。
简单光照明模型-彩色场景的产生
– 新的光照明方程
I R K a CdR I aR f ( d ) I pR [ K d CdR ( L N ) K sC sR (V R ) n ] n I G K a CdG I aG f ( d ) I pG [ K d CdG ( L N ) K sC sG (V R ) ] I K C I f ( d ) I [ K C ( L N ) K C (V R ) n ] a dB aB pB d dB s sB B
f (d ) I
i 1 i
m
pi
[ K d C d ( Li N ) K s C s (V Ri ) ]
n
简单光照明模型-多个光源
– 例子：其中a图：线框图 b图：环境光 c图：增加漫反射 d图：增加镜面反射 e图：增加光的衰减 f图：两个点光源
Phong光照明模型的不足
– 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 ]
简单光照明模型-多个光源
• 采用多个光源
– 采用m个光源的光照明方程
I K a C d I a
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
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 sin 2 sin
入射光

1 2

折射光
能量关系
–在光的反射和折射现象中的能量分布：
第10章光照模型与面绘制算法
• • • • 简单光照明模型多边形绘制方法透明整体观照明模型
第10章真实感图形绘制
光照模型(Illumination Model):计算某一点的光强度的模型
真实感图形的特点
• 能反映物体表面颜色和亮度的细微变化
Hale Waihona Puke • 能表现物体表面的质感• 能通过光照下的物体阴影，极大地改善场景的
适用场合：1）光源在无穷远处； 2）视点在无穷远处； 3）多边形是物体表面的精确表示；
多边形绘制方法
• 缺点：产生的图形效果不好。 • 如左图：相邻两个多边形的法向不同，计算出来的颜色也不同，因此造成整个物体表面的颜色过渡不光滑。 • 如何解决？ • 光滑着色，亦称插值着色 Gouraud着色方法 Phong着色方法
–n越大，表面越平滑（散射现象少，稍一偏离，明暗亮度急剧下降）
–n越小，表面越毛糙（散射现象严重）
简单光照明模型-镜面反射
–反射方向计算
–L在N上的投影矢量为Ncosu，则S+L= Ncosu
记矢量S= Ncosu -L
则有R= Ncosu +S
R 2 N cos L 2 N N L L
②光谱组成
–白色光等能量的各种波长可见光的组合 –彩色光 –单色光
真实感图形学早期发展
• 1967年，Wylie等人第一次在显示物体时加进光照效果，认为光强与距离成反比。 • 1970年，Bouknight提出第一个光反射模型：Lambert漫反射＋环境光 • 1971年，Gouraud提出漫反射模型加插值的思想 • 1975年，Phong提出图形学中第一个有影响的光照明模型
• I d 漫反射的亮度 • I p 点光源的亮度 • K d 漫反射系数 • 入射角漫反射光的强度只与入射角有关
I d I p K d cos
[ 0, ] 2
简单光照明模型-漫反射
• 将环境光与漫反射结合起来
一般取Ia= (0.02~0.2)Id
I Ie Id IaKa I pKd (L N )
• Phong光照明模型的综合表述：由物体表面上一点P反射到视点的光强I为环境光的反射光强Ie、理想漫反射光强Id、和镜面反射光Is的总和。
I Ie Id Is I a K a I p [ K d ( L N ) K s (V R ) ]
n
简单光照明模型-Phong光照明模
下，不同物体表面所呈现的亮度未必相同，因为它们的环境光反射系数不同。
• 光照明方程（仅含环境光）： Ie = KaIa Ie为物体表面所呈现的亮度。
简单光照明模型- 环境光例子
• 具有不同环境光反射系数的两个球
I a 1 .0
K a 0 .4
K a 0 .8
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。
简单光照明模型-镜面反射
• 理想镜面反射
• 观察者只能在反射方向上才能看到反射光，偏离了该方向则看不到任何光。
简单光照明模型-镜面反射
• 非理想镜面反射
I = Ip K scosna
光滑平面镜面
• P为物体表面上一点，L为从P指向光源的单位矢量，N为单位法矢量，R为反射单位矢量，V 为从P指向视点的单位矢量
Ii I d I s It I v
– 下标为i,d,s,t,v的能量项分别表示为入射光强，漫反射光强，镜面反射光强，透射光强，吸收光强
–能量是守恒的
简单光照明模型
模拟物体表面的光照明物理现象的数学模型－光照明模型简单光照明模型亦称局部光照明模型，其假定物体是不透明的，只考虑光源的直接照射，而将光在物体之间的传播效果笼统地模拟为环境光。可以处理物体之间光照的相互作用的模型称为整体光照明模型
L
S
N
S R V

简单光照明模型-Phong光照明模型
• 简单光照明模型模拟物体表面对光的反射作用,光源为点光源 • 反射作用分为
–物体间作用用环境光(Ambient Light) –漫反射(Diffuse Reflection) –镜面反射(Specular Reflection)
简单光照明模型-Phong光照明模型
型的实现 • 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 – （H•N）近似（R•V），H为L与V的平分向量
L N H
b a
R
V
• 对所有的点总共只需计算一次H的值，节省了计算时间
H----L和V的角平分线
简单光照明模型-彩色场景的产生
• 产生彩色
– 选择合适的颜色模型----RGB模型 – 为颜色模型中的每一种基色建立光照明方程
I R I aR K aR f ( d ) I pR [ K dR ( L N ) K sR (V R ) n ] n I I K f ( d ) I [ K ( L N ) K ( V R ) ] G aG aG pG dG sG I I K f ( d ) I [ K ( L N ) K (V R ) n ] aB aB pB dB sB B
• 光的衰减
– 光在光源到物体表面过程中的衰减 –光强按 1/d2 进行衰减：缺点：当d很大时，变化很小；当d很小时，变化很大。 1 • 衰减函数 f ( d ) min( ,1) 2
c0 c1d c2 d
• 光照明方程
I I a K a f ( d ) I p [ K d ( L N ) K s (V R ) n ]
简单光照明模型-彩色场景的产生
– 系数分解
K aR CdR K K C a dG aG K aB CdB K dR CdR K K C d dG dG K dB CdB K sR CsR K K C s sG sG K sB CsB