整体光照模型与光线跟踪ppt讲解

式中：
对多个光源：
图 镜面反射光
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2.3 环境光
环境光是指光源间接对物体的影响，是在物体和环境之间多 次反射，最终达到平衡时的一种光。
近似地认为同一环境下的环境光，其光强分布是均匀的，它 在任何一个方向上的分布都相同。例如，透过厚厚云层的阳光 就可以称为环境光。
在简单光照明模型中，用一个常数来模拟环境光，用式子 表示为：
在真实感图形学对光线跟踪算法的研究中，Whitted 提出了第一个整体光照模型，并给出一般性光线跟踪算 法的范例，综合考虑了光的反射、折射透射、阴影等。
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由光源发出的光到达物 体表面后，产生反射、折射、 透射，简单光照明模型和光 透射模型模拟了这两种现象。
简单光照明模型只考虑物 体对直接光照的反射作用， 而物体间接的光反射作用， 只用环境光(Ambient Light)来表示。
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2.1理想漫反射
当光源来自一个方向时，漫反射光均匀向各方向传播，与视 点无关，它是由表面的粗糙不平引起的，因而可假定漫反射光的 空间分布是均匀的。
不妨设：
对于上述的这些问题，就必须要有一个更精确的光照明模型。 整体光照明模型就是这样的一种模型，它是相对于局部光照明模 型而言的。在现有的整体光照明模型中，主要有光线跟踪和辐射 度两种绘制方法。
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4.0 光线跟踪算法的基本思想
光线跟踪算法是真实感图形学中的主要算法之一， 算法具有原理简单、实现方便和能够生成各种逼真的视 觉效果等优点。
当光照射到物体表面时，物体对光会发生反射、透射、吸 收、衍射、折射和干涉。
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在正常的情况下，光沿着直线传播，当光遇到介质不同的表面 时，会产生反射和折射现象，而且在反射和折射的时候，它们遵生理因素的情况下，物体的颜色与光源颜色、 物体表面物理特性、表面粗糙度、周边环境等因素有关。
武汉纺织大学
数计学院 姓名：李文 学号：1415063007 班级：研1406 专业：计算机
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整体光照模型与光线跟踪
1.光照影响因素 2.一般性效果图形生成 3.整体光照明模型及真实感显示 4.光线跟踪算法的基本思想
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物体的反射、投射、折射
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其中：Ia 为环境光的光强 Ka为物体对环境光的反射系数
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2.4 Phong光照明模型
综上分析，Phong光照明模型表述为：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 I e、理想漫 反射光强 I d、和镜面反射光 I s 的总和，即：
I＝Ie＋Id＋Is
I Il kd (N L)
如果有多个光源，则光强度 计算式为：
n
I
I li (N Li )
i 1
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图 漫反射
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2.2镜面反射光
对于理想镜面，反射光集中在 一个方向，并遵守反射定律。
对一般的光滑表面，反射光 集中在一个范围内，且由反射定 律决定的反射方向光强最大。
因此，对于同一点来说，从不同位置所 观察到的镜面反射光强是不同的。镜面反射 光强可表示为：
1.0光照效果影响因素
思考：我们所见物体的颜色是怎样形成的？
影响观察物体颜色的主要因素有哪些？
当光照射到物体表面时，物体对光会发生反射、透射 、吸收、衍射、折射和干涉。
颜色是人对光的生理反映，反射、透射的光进入人的 视觉系统，使我们能看见物体的颜色。
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明模 型。
图 镜面反射光
Ks是与物体有关的镜面反射系数，α为视线方向V与反射方向R 的夹角，n为反射指数，反映了物体表面的光泽程度，一般为1～ 2000，数目越大物体表面越光滑。
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镜面反射光将会在反射方向附近形成很亮的光斑，称为高光 现象。
镜面反射光产生的高光区域只反映光源的颜色 将V和R都格式化为单位向量， 镜面反射光强可表示为：
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1.1研究光照模型的目的
确定物体表面的每一个多边形或者多边形中的每一个点的 颜色。
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2. 0 一般性效果图形生成
简单光照明模型--Phong模型 简单光照明模型模拟物体表面对光的反射作用。
光源被假定为点光源，反射作用被细分为镜面反射 (Specular Reflection)和漫反射(Diffusion Reflection)。
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3.0 整体光照明模型及真实感显示
简单光照明模型（或局部光照明模型），虽然可以产生物体 的真实感图象，但它们都只是处理光源直接照射物体表面的光强 计算，不能很好的模拟光的折射、反射和阴影等，也不能用来表 示物体间的相互光照明影响。
而基于简单光照明模型的光透射模型，虽然可以模拟光的折 射，但是这种折射的计算范围很小，不能很好的模拟多个透明体 之间的复杂光照明现象。
这里H为L和V的平分向量 ，即： H ＝（L＋V）/ | L＋V |
注意：Phong模型对物体表面的每一点的光强进行计算，显 然其计算量较大。
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2.5 Phong模型计算实例
图中可以看出高光反射指数(n)、漫反射系数(Kd)及镜面系数 (Ks)对显示效果的影响
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由此可得：
按R(red)、G(green)、B(blue)三种颜色分 量展开计算得：
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用Phong模型进行计算时，对物体表面上每个点P，均 需计算光线的反射方向R，再由V计算（R·V），为减少计 算，可作如下假设：
a) 光源在无穷远处，即光线方向L为常数； b) 视点在无穷远处，即视线方向V为常数； c) 为避免计算反射方向R，用（H·N）代替（R·V），
入射光强为Il
• 物体表面上点P 的法向为N
• 从点P指向光源的向量为L
• 两者间的夹角为θ
图 漫反射
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如果 表I l 示点光源的强度，kd
表示物体表面漫反射系数，则漫 反射方程可描述为：
I Il kd cos
( 0≤ ≤ π 2 )
若N为物体表面的单位法向量，L为物体表面 上一点指向光源的单位矢量，则：