14-光照模型
光照模型

透 明
透明算法原理
在透明算法中若不考虑折射,则上述情况都不会发生, 这里也不 考虑光线在媒介经过的距离对光强度的影响 如果可见面是透明的,则可用它与其最靠近的物体表面光强度的线 性组合表示透明面的光强度。公式如下: I = tI1+(1-t)I2 (5 - 16) 其中,I1为可见面的光强度,I2为距可见面最近表面的光强度,t为 I1所在物体表面的透明度 (0≤t≤1)(t=0,可见面不可见;t=1,可见面 不透明) 若I2所对应的面也是透明面,则可按上述过程递归处理,直到遇到 不透明面为止 曲面物体的处理方法,引入透明因子(基于曲面法矢量的z分量): t=tmin+(tmax-tmin)[1-(1-|nz|p)] 其中,tmin和tmax 分别为物体的最小和最大透明度,nz为表面的法 矢量的z分量,p为透明指数,t为物体表面上任一点或屏幕上任意 象素点上的透明度
对曲面用不同多边形分割, 会产生不同效果
Gouraud明暗处理
Gouraud明暗处理算法分析
以三边形和四边形为例,我们可以看出不同点:
用三边形分割
用四边形分割
Phong明暗处理
Phong明暗处理原理
P处法矢量的计算可分为两步: – 对A,B处法矢量作线性插值求处Q处法矢量,对B,C处法矢量 作线性插值求出R处法矢量;
阴影处理算法原理
阴影处理算法
本算法只考虑单个物体情况,物体以体矩阵形式存放。入射光线矢
量以一维数组存放。视点放在Z轴上。主要步骤如下:
– 针对入射光线,判断物体各个面是不是自身消隐面(即对光线是 否可见);
– 对每个非自身消隐面,求出其在基平面的投影多边形(即投影面
9.2简单光照模型

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一、Phong光照模型
在实际的应用中,由于Phong光照模型是一个经验模型, 因此还具有以下的一些问题: –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 –镜面反射入射角大,会产生失真现象
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三、背景物理知识
镜面反射光:一束光照射到一面镜子上或不绣钢的表面,光 线会沿着反射光方向全部反射出去,这种叫镜面反射光。 折射光:比如水晶、玻璃等,光线会穿过去一直往前走。 吸收光:比如冬天晒太阳会感觉到温暖,这是因为吸收了太 阳光。
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二、光照模型的发展演化
1、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(第一个可用的光照模型)。这篇文章发表 在 Communication of ACM 上。 1971年,Gouraud提出漫反射模型加插值的思想(漫反射 的意思是光强主要取决于入射光的强度和入射光与法线的夹 角)发表在 IEEE Transactions on Computers 上。 1975年,Phong提出图形学中第一个最有影响的光照明模型 。在漫反射模型的基础上加进了高光项。
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三、背景物理知识
1、光的传播规律 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。
光照模型——精选推荐

光照模型Lambert模型(漫反射)环境光:Iambdiff = Kd*Ia其中Ia 表⽰环境光强度,Kd(0<K<1)为材质对环境光的反射系数,Iambdiff是漫反射体与环境光交互反射的光强。
⽅向光:Ildiff = Kd * Il * Cos(θ)其中Il是点光源强度,θ是⼊射光⽅向与顶点法线的夹⾓,称⼊射⾓(0<=A<=90°),Ildiff是漫反射体与⽅向光交互反射的光强,若 N为顶点单位法向量,L表⽰从顶点指向光源的单位向量(注意顶点指向光源),则Cos(θ)等价于dot(N,L),故⼜有:Ildiff = Kd * Il * dot(N,L)最后综合环境光和⽅向光源,Lambert光照模型可以写成:Idiff = Iambdiff + Ildiff = Kd * Ia + Kd * Il * dot(N,L)Phong模型(镜⾯反射)Phong模型认为镜⾯反射的光强与反射光线和视线的夹⾓相关:Ispec = Ks * Il * ( dot(V,R) )^Ns其中Ks 为镜⾯反射系数,Ns是⾼光指数,V表⽰从顶点到视点的观察⽅向,R代表反射光⽅向。
由于反射光的⽅向R可以通过⼊射光⽅向L(从顶点指向光源)和物体的法向量求出,R + L = 2 * dot(N, L) * N 即 R = 2 * dot(N,L) * N - L所以最终的计算式为:Ispec = Ks * Il * ( dot(V, (2 * dot(N,L) * N – L ) )^NsBlinn-Phong光照模型(修正镜⾯光)Blinn-Phong是⼀个基于Phong模型修正的模型,其公式为:Ispec = Ks * Il * ( dot(N,H) )^Ns其中N是⼊射点的单位法向量,H是光⼊射⽅向L和视点⽅向V的中间向量,通常也称之为半⾓向量(半⾓向量被⼴泛⽤于各类光照模型,原因不但在于半⾓向量蕴含的信息价值,也在于半⾓向量是很简单的计算:H = (L + V) / |L + V| )。
图形学光照模型课程设计

图形学光照模型课程设计一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握图形学中的光照模型原理,培养学生运用光照模型解决实际问题的能力。
具体目标如下:1.知识目标:–了解光照模型的发展历程和基本原理。
–掌握局部光照模型和全局光照模型的区别与联系。
–熟悉常见光照模型的算法和应用场景。
2.技能目标:–能够运用光照模型对简单几何物体进行渲染。
–能够根据场景需求选择合适的光照模型进行渲染。
–能够通过调整光照参数优化渲染效果。
3.情感态度价值观目标:–培养学生对图形学的兴趣和好奇心,激发学生深入学习光照模型的动力。
–培养学生团队合作意识,鼓励学生在课堂上进行交流与合作。
–培养学生关注现实生活中的图形学应用,提高学生的实践能力。
二、教学内容根据教学目标,本课程的教学内容主要包括以下几个方面:1.光照模型概述:介绍光照模型的定义、发展历程和基本原理。
2.局部光照模型:主要包括朗伯反射模型、金属反射模型和菲涅尔反射模型等,通过实例让学生了解各种模型的特点和应用场景。
3.全局光照模型:主要包括辐射度模型和基于图像的渲染技术,让学生了解全局光照模型的基本原理和实现方法。
4.光照参数调整:教授学生如何根据场景需求调整光照参数,以达到优化渲染效果的目的。
5.实际应用案例:分析现实生活中光照模型的应用实例,让学生了解光照模型在实际中的应用价值。
三、教学方法为了提高教学效果,本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行授课:1.讲授法:用于讲解光照模型的基本原理、算法和应用场景。
2.案例分析法:通过分析实际应用案例,让学生更好地理解光照模型在实际中的应用。
3.实验法:安排实验课程,让学生亲自动手实践,掌握光照模型的应用技巧。
4.小组讨论法:鼓励学生在课堂上进行交流与合作,培养学生的团队合作意识。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施,本课程将采用以下教学资源:1.教材:《图形学光照模型》教材,为学生提供系统的理论知识。
2.参考书:推荐学生阅读相关领域的经典著作,拓展学生的知识面。
【浙江省自然科学基金】_分形_期刊发文热词逐年推荐_20140811

2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
科研热词 ifs 麦粒组织 非规则分形组织 迭代函数系统 裂缝型多孔介质 表面肌电信号 织物 组织设计 纹织效果 渗流 模式识别 植物模拟 树木模拟 径向 对支持向量机 分维数 分形维数 分形织物组织 分形模型 分形几何 关联维 l系统 kronecker叉积
2011年 科研热词 分形维数 l系统 银薄膜 配合组织 自然保护区 肤色建模 缎纹 织纹效果 组织结构 纹理粗糙度 纵物成型实验 空间变异 盒维数 皮肤纹理 皮肤检测 玻璃形成能力 渐近解 振动信号 扰动 常绿阔叶林 小波变换 孤子 大块金属玻璃 土壤学 土壤养分 同步辐射技术 原子结构 分形织物组织 分形组织 分形盒维数 分形理论 二值化 3*3平纹 推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
科研热词 分形 遥操作机器人 轴向间隙 趋化因子 设计方法 表面肌电信号 莫朗集 自相似集 自相似性 自然材料 胸径 肌电信号 经验模态分解 组织互异 神经网络 特征 港口物流 涡旋压缩机 泄漏量 毛竹 模式识别 森林测计学 机械手 最大分形长度 最佳分形参数 支持向量机 拟lipschitz等价 微结构 强分离条件 对称性 完全重叠 多重分形分析 填充组织 地上生物量 呼吸道合胞病毒 分维数 分形预测 分形维数 分形织物组织 分形组织 pparγ 激动剂 lipschitz等价 lempel-ziv复杂度 k最近邻模型法 arima模型 a549细胞
推荐指数 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
光照模型PPT课件

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3. 镜面反射与Phong模型
镜面反射是指来自具体光源的光能到达可见表面
上的某一点后,主要沿着由入射角等于反射角所决定 的方向传播,从而使得观察者从不同角度观察时,这 一点呈现的亮度并不相同。在任何有光泽的表面上都 可以观察到镜面反射的效果。
在理想的光泽表面上,例如在非常好的镜面上,
反射光线只是在由入射角等于反射角所确定的方向上 才有。这意味着只有当观察者相对表面的方向V与反射 光线的方向R之间的夹角为零时,才能看到镜面反射 引起的反射光线。对于不是非常理想的光泽表面,例 如一个苹果,反射光线引起的亮度随着的增大而迅速 下降。
以简单地利用向量内积计算余弦值:co sRV 。
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对W(θ),通常根据经验选取一个常数Ks来代替, 这样公式(7)可写成下面更容易计算的形式:
IIa .K arI p kK dL N K S(R V )n (8
实验表明,应用计算公式(8)已经可以得到很好的 具有明暗表现的画面,这个公式是形成具有明暗表现 画面的良好基础。
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对实际物质来说,被镜面反射的入射光的数量是 与入射角θ有关的。如果将镜面反射光的百分数记为 W(θ) ,那么就可以将计算表面亮度的公式(6)修改 而得到:
I IaK a rI p kK dco W scn os(7
假定反射光线的方向向量R和指向观察点的向量V都 已经正规化,即已经是长度为1的单位向量,于是可
•
当Z0∈[Zb,Zf]时,S0=Sb+
Sf Zf
S Z
(b Z0-Zb)
b
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28
亮度I(由光照明模型记算出来的值)按比
例S0与亮度Idc混合,目的是获得最终用于显示 的亮度I’, Idc由用户指定,
计算机形学光照模型基础知识全面解析

计算机形学光照模型基础知识全面解析计算机图形学的光照模型是模拟真实世界中的光照效果,使得计算机生成的图像更加逼真。
本文将全面解析计算机形学光照模型的基础知识,帮助读者深入了解光照模型的原理和应用。
一、光照模型的概述光照模型是计算机图形学中的重要内容,它可以模拟光照对物体的影响,使得计算机生成的图像具有真实感。
光照模型通常由三部分组成,分别是环境光、漫反射光和镜面光。
这三部分光线的叠加决定了物体在计算机图像中的亮度和明暗。
1. 环境光:环境光是指来自无特定方向的光线,它可以认为是光线在环境中的均匀散射。
环境光的强度在整个场景中是恒定的,它决定了整个场景的基准亮度。
2. 漫反射光:漫反射光是指光线照射到物体表面后均匀散射的光线。
漫反射光的强度受到物体表面法线和光线入射方向的夹角以及材质的反射特性的影响,决定了物体的明暗。
3. 镜面光:镜面光是指光线照射到物体表面后沿着反射角方向反射的光线,它使得物体表面呈现出高光效果。
镜面光的强度受到光线入射方向、观察者方向以及物体表面的平滑程度等因素的影响。
二、经典的光照模型计算机图形学中有多种经典的光照模型,本节将介绍其中的两种:Lambert模型和Phong模型。
这两种模型分别从漫反射光和镜面光的角度考虑光照效果。
1. Lambert模型Lambert模型是一种最简单的光照模型,它只考虑漫反射光的影响。
Lambert模型中,物体表面的明暗只与光线入射方向和物体表面法线的夹角有关,与观察者方向无关。
该模型的计算公式为:I = Ia * Ka + Ip * Kd * cosθ其中,I表示最终的颜色强度,Ia表示环境光的强度,Ka表示物体表面的环境光反射系数,Ip表示光源的强度,Kd表示物体表面的漫反射系数,θ表示光线入射方向与物体表面法线的夹角。
2. Phong模型Phong模型是一种综合考虑漫反射光和镜面光的影响的光照模型。
Phong模型根据光线入射方向、观察者方向和物体表面的平滑程度来计算镜面光的反射强度,从而使得物体表面呈现出光泽感。
计算机形学的光照模型

计算机形学的光照模型计算机形学是计算机图形学的一个重要分支,主要研究计算机生成和处理图像的方法和技术。
在计算机形学中,光照模型起着至关重要的作用。
光照模型是描述物体如何与光源相互作用的数学模型,它用于计算物体表面的光照效果,使得计算机生成的图像更加逼真和真实。
一、光照模型的基本原理光照模型通常包括三个主要组成部分:环境光、漫反射和镜面反射。
环境光是指自然光照射到物体表面后经过多次反射而产生的来自无特定方向的散射光,它对于整体的光照效果起到了一定的调整作用。
漫反射是指光线照射到物体表面后均匀地反射到各个方向,这种反射使物体呈现出柔和的光照效果。
镜面反射是指光线照射到物体表面后以等角反射的方式反射出去,形成明亮的高光点,使物体呈现出明亮的高光效果。
二、经典的光照模型1. Lambert光照模型Lambert光照模型是一种最基本的光照模型,它假设光线与物体表面成直角入射,并且光线均匀地散射到各个方向。
它的计算公式为:I = Ia * Ka + Ip * Kd * (L · N)其中,I表示最终的光照强度,Ia表示环境光的强度,Ka表示环境光的反射系数,Ip表示光源的强度,Kd表示物体的漫反射系数,L表示光线的方向向量,N表示物体表面的法向量。
2. Phong光照模型Phong光照模型是一种基于镜面反射的光照模型,它综合考虑了环境光、漫反射和镜面反射三个方面的光照效果。
它的计算公式为:I = Ia * Ka + Ip * Kd * (L · N) + Ip * Ks * ((R · V) ^ s)其中,Ks表示物体的镜面反射系数,R表示镜面反射方向向量,V表示观察者的视线方向向量,s表示镜面反射的强度指数。
三、实时光照模型传统的光照模型在计算效果上非常准确,但是计算量较大,难以在实时渲染中使用。
因此,为了满足实时渲染的需求,研究人员提出了一些实时光照模型。
常见的实时光照模型有:1. Gouraud光照模型Gouraud光照模型是一种基于顶点的实时光照模型,它通过给顶点设置颜色值来模拟光照效果。
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Vobj α Vlight
θ1
4 Directional Light Sources and Spotlight Effects
Vobj.Vlight=cosα If cosα>=cosθ1 , then the object is with the spotlight(聚光灯). 舞台上的灯光
5 Angular Intensity Attenuation
The coefficient can be adjusted to produce optimal attenuation effects.
We can’t apply the intensity-attenuation calculation equation above to infinitely distant light source, because
Color, position Vector direction and angular limit θ1, as follows:
4 Directional Light Sources and Spotlight Effects
探照灯,汽车灯
Vlight
θ1
4 Directional Light Sources and Spotlight Effects 3
the distance can’t be determined Nearly equal distance.
3 Radial Intensity Attenuation
We use the following intensity-attenuation function for remote and local point source:
3
Photorealism(现实主义, 超级现实主义:
Accurate representations of surface properties Good physical descriptions of the lighting effects in a scene.
Lighting effects:
4
To reduce computations:
Use empirical models based on simplified photometric calculations in most packages More accurate model, such as radiosity algorithm, compute the light intensity by considering the propagation of radiant energy between the light sources and the various surface.
Start:
First: take a look at the basic lighting models often used in computer-graphics system. Then, discuss more accurate, but more complex methods.
10.1 Light Sources
Overview
Realistic display of a scene obtained by
1
Perspective projections to eliminate non-visible surfaces. Applying natural lighting effects.
Illumination model(lighting model,also shading model):
3 Radial Intensity Attenuation
Radiant energy’s amplitude at any distance d1 from the light source is attenuated by the factor 1/d12 So, a surface closer to the light source receives a higher light intensity than the more distant surface with the same properties.
1 fl,radatten= 1/(a0+a1d1+a2d12) ,if source is local ,if source is at infinity
4 Directional Light Sources and Spotlight Effects
A local light source can easily modified to produce a directional, or spotlight beam of light. If an object is outside the directional limits of the light, no illumination. Model such directional light source
3 Radial Intensity Attenuation
In practice, using the above attenuation factor with a point source does not always produce realistic pictures because :
To calculate the color of an illuminated position on the surface of an object.
2
A surface-rendering methods uses the color calculations from an illumination model to determine the pixel colors for all projected positions in a scene. Illumination model can be applied to:
A light source can be defined with a number of properties: Position Color of the emitted light The emission direction It’s shape In real application, a simple light-source model is used to avoid excessive computations RGB is used to represent light-emitting properties and Color parameters and light-source models are discussed in greater detail in next chapter.
Light reflections Transparency Surface texture Shadows
Modeling lighting effects is complex: physical and psychological Here, Illumination models are often approximations of the physical laws that describe surface-lighting effects
Main Topics 2
10.10 Polygon Rendering Methods 10.11 Ray-Tracing Methods 10.12 Radiosity Lighting Model 10.13 Environment Mapping 10.14 Photon Mapping 10.15 Adding Surface Detail 10.16 Modeling Surface Detail with Polygons 10.17 Texture Mapping 10.18 Bump Mapping 10.19 Frame Mapping 10.20 OpenGL Illumination and SurfaceRendering Functions 10.21 OpenGL Texture Functions 10.22 Summary
Every projection position Interpolating colors on the surface, such as scan-line, image-space algorithms.
To avoid misinterpretation:
Illumination model (lighting model): calculate the light intensity at a single surface point. Surface rendering: obtain pixel colors for all projected surface positions.
3 Radial Intensity Attenuation
To generate more realistic displays using point sources, we use the following inverse quadratic function fradatten(d1)=1/(a0+a1d1+a2d12)
1 Point Light Sourc color specified with RGB. Define a point source by: