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光影分离知识点梳理总结光影分离是指根据光的物理特性，将光和影分开的一种技术。
在现实世界中，光和影常常是不可分割的，但是在数字图像处理中，我们可以通过一系列算法和技术，将光和影分离开来，使得图像处理更加精确和高效。
光影分离的目的是为了更好地理解和处理图像中的光和影，从而使得图像处理更加准确和可靠。
通过光影分离，我们可以更清晰地了解图像中的光照情况、材质特性以及遮挡关系，这些信息对于图像处理和计算机视觉应用非常重要。
在光影分离中，一些重要的知识点包括光照模型、遮挡关系、高光和阴影等。
下面将对这些知识点进行详细的梳理和总结。
一、光照模型光照模型是描述光照和表面反射之间关系的数学模型。
常见的光照模型包括环境光照、漫反射光照、镜面光照等。
环境光照是指物体表面吸收周围环境中的光，然后均匀地反射出来的光。
漫反射光照是指光线照射到物体表面后，均匀地向各个方向散射的光。
镜面光照是指光线照射到物体表面后，呈现明亮的高光效果。
了解光照模型可以帮助我们更好地理解图像中的光照信息，从而进行光影分离处理。
二、遮挡关系遮挡关系是指在图像中物体之间相互遮挡的关系。
通过分析图像中的遮挡关系，可以更好地理解图像中的三维空间结构，从而进行光影分离处理。
常见的遮挡关系包括遮挡、透明和半透明等。
遮挡是指一个物体完全遮挡了另一个物体，透明是指一个物体通过另一个物体的情况，半透明是指一个物体部分遮挡了另一个物体。
通过分析这些遮挡关系，可以更准确地进行光影分离处理。
三、高光和阴影高光是指物体表面被光照射最强、反射最亮的部分，而阴影是指物体表面受到遮挡而无法被光线直接照射到的部分。
通过分析图像中物体的高光和阴影信息，可以更准确地进行光影分离处理。
高光和阴影的存在对于图像中的光照情况和表面材质有很大的影响，了解这些特征可以帮助我们更好地进行图像处理和分析。
综上所述，光影分离是一项非常重要的图像处理技术，通过光影分离，我们可以更准确地理解和处理图像中的光照情况、遮挡关系以及表面特性。
计算机图形学究极题库-副本名词解释：1．图形：能够在⼈们视觉系统中形成视觉印象的对象称为图形，包括⾃然景物和⼈⼯绘图。
2．像素图：点阵法列举图形中的所有点。
⽤点阵法描述的图形称为像素图。
3．参数图：参数法描述图形的形状参数和属性参数。
⽤参数法描述的图形称为参数图。
4．扫描线：在光栅扫描显⽰器中，电⼦枪扫过的⼀⾏称为⼀条扫描线。
5．构造实体⼏何表⽰法：⽤简单的实体（也称为体素）通过集合运算组合成所需的物体的⽅法称为构造实体⼏何表⽰法。
6．投影：投影是从⾼维（物体）空间到低维（投影）空间的⼀种映射。
7．参数向量⽅程：参数向量⽅程是包含参数和向量的⽅程。
8．⾃由曲线：形状⽐较复杂、不能⽤⼆次⽅程来表⽰的曲线称为⾃由曲线，通常以三次参数⽅程来表⽰9．曲线拟合：给定⼀个点列，⽤该点列来构造曲线的⽅法称为曲线拟合。
10．曲线插值：已知曲线上的⼀个点列，求曲线上的其他点的⽅法称为曲线插值。
11．区域填充：根据像素的属性值、边或顶点的简单描述，⽣成区域的过程称为区域填充。
12．扫描转换：在⽮量图形中，多边形⽤顶点序列来表⽰，为了在光栅显⽰器或打印机等设备上显⽰多边形，必须把它转换为点阵表⽰。
这种转换称为扫描转换。
1、计算机图形学：⽤计算机建⽴、存储、处理某个对象的模型，并根据模型产⽣该对象图形输出的有关理论、⽅法与技术，称为计算机图形学。
2、计算机图形标准：计算机图形标准是指图形系统及其相关应⽤程序中各界⾯之间进⾏数据传送和通信的接⼝标准。
3、图形消隐：计算机为了反映真实的图形，把隐藏的部分从图中消除。
4、⼏何变换：⼏何变换的基本⽅法是把变换矩阵作为⼀个算⼦，作⽤到图形⼀系列顶点的位置⽮量，从⽽得到这些顶点在⼏何变换后的新的顶点序列，连接新的顶点序列即可得到变换后的图形。
5、计算⼏何：计算⼏何研究⼏何模型和数据处理的学科，讨论⼏何形体的计算机表⽰、分析和综合，研究如何⽅便灵活、有效地建⽴⼏何形体的数学模型以及在计算机中更好地存贮和管理这些模型数据。
计算机图形学中的光照模型在计算机图形学中，光照模型是模拟现实世界中光线与物体之间相互作用的模型。
通过使用光照模型，计算机可以在虚拟场景中模拟光线的传播和反射，从而创建出真实感和逼真感的图像。
因此，光照模型是计算机图形学中非常重要的一个组成部分。
光照模型的基本原理是从光源发出的光线经过物体表面的反射、折射和透射等变换，最终到达观察者的眼睛，从而形成人们所看到的图像。
在光照模型中，光源可以是点光源、定向光源和面光源等不同类型的光源，而物体的材质属性和表面形状也会对光线的传播和反射产生影响。
常见的光照模型包括冯氏光照模型、布林-菲菲（Blinn-Phong）光照模型、库克-托伯汉姆（Cook-Torrance）光照模型等。
下面，我们分别对这三种光照模型进行介绍。
冯氏光照模型是最早被提出的光照模型之一，它是由斯特恩伯格（Phong）在上世纪70年代提出的。
冯氏光照模型假设物体表面的亮度与其漫反射和镜面反射成分的线性组合有关。
其中，漫反射成分是从各个方向均匀地反射出来的光线，而镜面反射成分则是由光源直接反射回观察者的光线。
冯氏光照模型还考虑了环境光的影响，该影响是由光源外发射的光线在场景中反射和折射，并最终到达物体表面的。
布林-菲菲光照模型是另一种常用的光照模型，它是由布林（Blinn）和菲菲（Phong）在上世纪80年代提出的。
相比于冯氏光照模型，布林-菲菲光照模型增加了一个半角向量的概念。
半角向量是入射光线和出射光线的平均方向，它可以更加准确地描述物体表面的反射特性。
此外，布林-菲菲光照模型还加入了柔光和高光衰减等特性，从而使得被渲染的图像更加真实。
库克-托伯汉姆光照模型是一种物理模拟的光照模型，它是由库克（Cook）和托伯汉姆（Torrance）在上世纪80年代提出的。
该光照模型基于微观的物理原理，考虑了光线与物体表面微观结构之间的相互作用。
库克-托伯汉姆光照模型因其真实感和准确性而被广泛应用于计算机图形学、计算机游戏等领域。
虚拟现实技术第一章1、虚拟现实的概念：用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界；让用户可以从自己的视点出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。
虚拟现实是计算机与用户之间的一种理想化的人-机界面形式。
通常用户戴一个头盔（用来显示立体图象的头式显示器），手持传感手套，仿佛置身于一个幻觉世界中，在虚拟环境中漫游，并允许操作其中的“物体”。
2、虚拟现实的特征与传统计算机相比，虚拟现实系统具有四个重要特征：临界性，交互性，想象性，多感知性3、虚拟现实系统的构成：a.虚拟世界（包含三维模型或环境定义的数据库） b.虚拟现实软件（提供实现观察和参与虚拟世界的能力） c.计算机 d.输入设别（观察和构造虚拟世界；如三维鼠标，数据手套，定义跟踪器等） e.输出设备（现实虚拟世界；如显示器，头盔等）4、虚拟现实系统的类型桌面虚拟现实系统，沉浸式虚拟现实系统，混合虚拟现实系统5、虚拟现实的硬件设备跟踪系统（把使用者身体位置的变动反馈给主机，以实时改变图像和声音）知觉系统（人及交互的各种界面，包括视觉装置：头盔显示器等；触觉装置:数据手套跟踪球等）音频系统：立体声耳机等图像生成和现实系统：产生视觉图象和立体显示6、虚拟现实有哪些软件VR系统开发工具：能够接受各种高性能传感器的信息，如头盔的跟踪信息；能生成立体显示图行；能把各种数据库，各种CAD软件进行调用和互联3DSMax：三维制作软件Maya：三维动画以及虚拟现实制作软件，实时三维模型创建软件Multigen Creator7、眼睛的作用、视觉暂留和临界融合频率的概念眼睛的作用：调节和聚焦，明暗适应，视觉暂留，立体视觉，视场视觉暂留：视觉暂留是视网膜的电化学县乡造成视觉的反应时间。
当观看很短的光脉冲时，视杆细胞得到越0.25s的峰，视椎细胞快4倍（0.04s）。
这种现象造成视觉暂留。
临界融合频率：临界融合频率（CFF）效果会产生把离散图像序列组合成连续视觉的能力，CFF最低20Hz，冰取决于图像尺寸和亮度。
（）4. EGA/VGA为增强图形显示效果的一种图形处理软件的名称。
（）5. 对山、水等不规则对象进行造型时，大多采用过程式模拟方法。
（）6. 实体的边界由平面多边形或空间曲面片组成。
（）7. 平面多面体表面的平面多边形的边最多属于两个多边形，即它的表面具有二维流形的性质。
（）8. 观察空间位于前后裁剪面之间的部分称为裁剪空间或视见体。
（）9. 找出并消除物体中的不可见部分，称为消隐。
（）10. 使用齐次坐标可以将n维空间的一个点向量唯一的映射到n+1维空间中。
三、填空题（将正确答案填入横线上，每空2分，共20分）1．直线的属性包括线型、和颜色。
2．颜色通常用红、绿和蓝三原色的含量来表示。
对于不具有彩色功能的显示系统，颜色显示为。
3．平面图形在内存中有两种表示方法，即和矢量表示法。
4．将三维物体变为二维图形的变换称为，其有两种基本方式：平行投影、。
5. 边界点组成的集合称为集合的。
6．对于一个占据有限空间的正则（点）集，如果其表面是，则该正则集为一个实体有效物体。
7．通过实体的边界来表示一个实体的方法称为。
8．表面由平面多边形构成的空间三维体称为。
9. 标量：一个标量表示。
四、简答题（每小题5分，共20分）1. 什么是图像的分辨率？2. 局部光照模型和全局光照模型的不同之处是什么？3.实体采用八叉树表示法有哪些缺点？4. 消隐算法有哪些类型，它们各有什么特点？五、计算题（每小题11分，共22分）1. 写出直线方程b mx y +=''对应的xy 坐标方程，假设''y x 坐标系是由xy 坐标系旋转90°得到。
2. 写出从),(111y x P 到),(222y x P 的段与（a ）垂直线x ＝a ，（b ）水平线y ＝b 的交点。
以下为本试卷的参考答案一、名词解释（每小题3分，共18分）1．图形：能够在人们视觉系统中形成视觉印象的对象称为图形，包括自然景物和人工绘图。
整体光照模型概念
整体光照模型是计算机图形学和计算机视觉领域的重要概念，用于描述物体表面的光照和阴影效果。
它是一种数学模型，用于模拟物体表面在不同光照条件下的表现，以便在计算机图形渲染中生成逼真的图像。
整体光照模型通常包括以下几个方面的内容：
环境光照（Ambient Lighting）：描述了物体表面在周围环境光线的作用下的整体亮度。
环境光照通常是均匀分布的，用于模拟物体受到周围环境光的普遍影响。
漫反射光照（Diffuse Reflection）：描述了光线在物体表面上均匀反射的情况，模拟了光线照射到物体表面后向各个方向发射的情况，使得物体在各个方向上都具有一定亮度。
镜面反射光照（Specular Reflection）：描述了光线在物体表面上发生镜面反射的情况，模拟了光线照射到物体表面后呈现出明亮镜面的情况，通常用于模拟物体的光泽和反射效果。
阴影效果（Shading）：描述了物体表面上由于光线照射而产生的阴影效果，包括平行光阴影、点光源阴影等，用于模拟物体表面的光照变化和深度感。
整体光照模型的目标是尽可能真实地模拟物体在真实光照条件下的表现，以便在计算机图形渲染中生成逼真的图像。
不同的整体光照模型可以根据具体的光学特性和应用场景进行调整和组合，以获得适合特定需求的光照效果。
消隐算法消隐算法⼀、消隐当我们观察空间任何⼀个不透明的物体时，只能看到该物体朝向我们的那些表⾯，其余的表⾯由于被物体所遮挡我们看不到。
若把可见的和不可见的线都画出来，对视觉会造成多义性。
会有后边两种情况要消除⼆义性，就必须在绘制时消除被遮挡的不可见的线或⾯，习惯上称作消除隐藏线和隐藏⾯，简称为消隐。
消隐不仅与消隐对象有关，还与观察者的位置有关。
⼆、消隐的分类1>按消隐对象分类线消隐：消隐对象是物体的边⾯消隐：消隐对象是物体上的⾯2>按消隐空间分类物体空间的消隐算法：以场景中的物体为处理单位。
假设场景中有k个物体，将其中⼀个物体与其余k-1个物体逐⼀⽐较，仅显⽰它可见表⾯已达到消隐的⽬的。
（此类算法通常⽤于线框图的消隐！）图像空间的消隐算法：以屏幕窗⼝内的每个像素为处理单元。
对屏幕上每个像素进⾏判断，决定哪个多边形在该像素可见（这类算法是消隐算法的主流）三、图像空间的消隐算法：1>Z-buffer算法2>扫描线算法3>Warnock消隐算法画家算法：去除隐藏⾯最简单的算法原理：若场景中有许多物体，就是先画远的物体，再画近的物体。
这样⼀来，近的物体⾃然就会盖住远的物体。
但实际情况并不理想，在三维场景中，⼀个物体可能有些部分远，有些部分近，所以不管⽤什么顺序画，都⽆法得到正确的结果，所以画家算法只能解决简单场景的消隐问题。
Z-buffer算法1、也称Z缓冲区算法和深度缓冲器算法（能跟踪屏幕上每个像素深度的算法），让计算机⽣成复杂图形成为可能。
2、该算法有帧缓冲器和深度缓冲器，对应两个数组：Intensity(x,y)-属性数组（帧缓冲器），存储图像空间每个可见像素的光强或颜⾊Depth(x,y)-深度数组（Z-buffer），存放图像空间每个可见像素的Z坐标。
Z-buffer保存的是经过投影变换后的z坐标，距离眼睛近的地⽅z坐标的分辨率⽐较⼤，远处的分辨率⼩。
3、Z-buffer算法思想（开⼀个和帧缓存⼀样⼤⼩的存储空间，利⽤空间上的牺牲换区算法上的简洁）（1）先将z缓冲器中各单元的初始值置为最⼩值（2）当要改变某个像素的颜⾊值时，⾸先检查当前多边形的深度值是否⼤于该像素原来的深度值（3）如果⼤于原来的z值，说明当前多边形更靠近观察点，⽤它的颜⾊替换像素原来的颜⾊。
计算机图形学中的光照模型与材质渲染算法实现导言：计算机图形学是研究如何使用计算机生成、处理和呈现图像的学科。
在计算机图形学中，一个重要的问题是如何实现真实感的图像渲染。
光照模型和材质渲染算法是实现真实感图像的关键。
本文将介绍光照模型和材质渲染算法的基本概念和实现方法。
一、光照模型光照模型用于模拟光照在物体表面的影响，通过模拟光照效果，使渲染出的图像更加逼真。
常用的光照模型有冯氏光照模型、Lambertian光照模型和Blinn-Phong光照模型等。
1.冯氏光照模型冯氏光照模型是最早提出的光照模型之一，它将光照效果分为三个部分：环境光、漫反射光和镜面光。
环境光是由周围环境中的间接光照射到物体表面而产生的，它对物体的光照效果起到整体性的作用。
漫反射光是指物体表面吸收了光能量后，在不同方向上均匀地散射出去的光能，它决定了物体表面的亮度。
镜面光是指物体表面光能量经过反射后聚焦到一定方向上的光能，它决定了物体表面的高光效果。
2. Lambertian光照模型Lambertian光照模型是一种简化的光照模型，它只考虑物体的漫反射光。
根据兰伯特定律，漫反射光的亮度与光源和物体表面法线的夹角成正比。
3. Blinn-Phong光照模型Blinn-Phong光照模型是一种介于冯氏光照模型和Lambertian光照模型之间的模型。
它在计算镜面光时使用了一种近似的方法，使计算更加高效。
二、材质渲染算法材质渲染算法用于将光照模型应用到物体表面的材质上，从而实现真实感的渲染效果。
常用的材质渲染算法有平均法向量法、纹理映射法和高光纹理法等。
1.平均法向量法平均法向量法是一种常用的材质渲染算法。
它通过对网格模型上的顶点法向量进行插值计算，获得表面上每个点的法向量。
然后再使用光照模型计算光照效果。
2.纹理映射法纹理映射法是一种常用的材质渲染算法。
它将一个二维图像（纹理）映射到物体表面上，在渲染过程中，根据纹理映射的坐标值，获取纹理上对应点的颜色值，再结合光照模型计算光照效果。
