计算机图形学第9讲光照与纹理
计算机图形学陈永强PPT课件
点光源
N
L
8
第8页/共60页
P
图2 漫反射
漫反射光（Diffuse Reflection）
对于彩色
I p (I pR , I pG , I pB )
IdR I pR KdR (L N )
IdG I pG KdG (L N )
IdB I pB KdB (L N )
对于多个漫反射光源
Ks (KsR , KsG , KsB )
16
第16页/共60页
颜色
光强计算公式：
n
n
I R IaR KaR f (di )I pR,i KdR (Li N ) f (di )I pR,i KsR (Hi N )n
i 1
i 1
n
n
IG IaG KaG f (di )I pG,i KdG (Li N ) f (di )I pG,i KsG (Hi N )n
37
第37页/共60页
Whitted光照模型
Whitted在简单光照模型中增加了环境镜面反
射光和环境规则透射光，以模拟周围环境的光投
射在景物表面上产生的理想镜面反射和规则透射
现象。
R
N
I Ilocal Ks I s Kt It
V 视点
T
图11 物体表面的镜面反射和透射
38
第38页/共60页
对于每一像素光线，对场景中的所有物体表面进 行测试以确定其是否与该光线相交，并计算出交 点的深度，深度最大（z值）的交点即为该像素 对应的可见点。然后，继续考察通过该可见点的 从属光线（Secondary Rays）。
40
第40页/共60页
光线跟踪算法步骤
对每条从属光线重复过程：与场景中的所有物体 求交。然后递归地在沿从属光线方向最近的物体 表面上生成下一折射和反射光线。当由每个像素 出发的光线在场景中被反射和折射时，逐个将相 交物体表面加入到一个二叉光线跟踪树中。当树 中的一束光线到达预定的最大深度或到达某光源 时，就停止跟踪。
计算机形学中的光照与阴影技术
计算机形学中的光照与阴影技术计算机形学是计算机科学中的一个分支，它研究的是如何使用计算机来生成、处理和呈现图像。
在计算机图形学中，光照和阴影技术是重要的技术之一。
本文将介绍计算机形学中的光照和阴影技术，以及这些技术在计算机图形学中的应用。
一、光照技术光照技术是计算机图形学中最基础的技术之一。
它的目的是在计算机上创建逼真的光照效果，使计算机生成的图像看起来更真实、更有立体感。
在计算机形学中，光照技术通常包括以下几个方面：1. 光源模型在光照技术中，光源模型是非常重要的。
通常，计算机图形学中的光源可以分为点光源和面光源两种。
点光源通常用于模拟小光源，比如灯泡等。
而面光源则用于模拟大型光源，比如太阳等。
在实际应用中，通常会根据实际需要来选择使用不同的光源模型。
2. 材质属性在计算机形学中，物体的材质属性也是非常重要的。
通常，物体的材质属性可以包括漫反射、镜面反射、环境反射等属性。
不同的材质属性会对光照效果产生不同的影响。
例如，具有高度镜面反射的物体会反射出更亮的光线，而漫反射较弱的物体则会反射出更暗的光线。
3. 阴影效果在光照效果中，阴影效果也是非常重要的。
阴影效果能够增强图像的立体感，使图像更加真实。
通常，阴影效果可以分为平面阴影和体积阴影两种。
平面阴影通常用于模拟平面物体的阴影效果，而体积阴影则用于模拟三维物体的阴影效果。
二、阴影技术阴影技术是计算机形学中的另一个核心技术。
它的主要目的是通过计算物体的阴影来增强图像的真实感和立体感。
在计算机形学中，常见的阴影技术包括以下几种：1. 物理阴影物理阴影是一种比较常见的阴影技术。
它是根据真实物理规律来模拟物体的阴影效果。
具体来说，物理阴影是通过计算光线和阴影体之间的交点来确定物体的阴影部分。
使用物理阴影技术可以得到非常逼真的阴影效果，但是计算量较大，不适合实时应用。
2. 阴影贴图阴影贴图是一种基于纹理映射的阴影技术。
它通过将生成的阴影图像作为纹理贴到物体表面上，从而模拟物体的阴影效果。
计算机图形学中的光照模型
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。
计算机图形学 光照及纹理报告
《计算机图形学》综合训练项目报告关键代码及界面展示1.源代码//头文件#ifndef GLWIDGET_H#define GLWIDGET_H#include <QtOpenGL>#include <QWidget>class GLWidget : public QGLWidget{Q_OBJECTpublic:explicit GLWidget(QGLWidget *parent = 0);~GLWidget();protected:void initializeGL();void paintGL();void resizeGL(int width, int height);void keyPressEvent(QKeyEvent *e);void loadTextures();bool fullscreen;GLuint texture[3];private:float rotate_angle;float zoom;float rotate_speed;int filter;bool light;bool blend;};#endif // GLWIDGET_H//主函数#include "glwidget.h"#include <QApplication>#include <QGraphicsView>#include <QGraphicsScene>#include <QGraphicsItem>int main(int argc, char *argv[]){QApplication a(argc, argv);GLWidget w;w.show();return a.exec();}//程序主要代码void GLWidget::initializeGL(){setGeometry(300, 150, 500, 500);//设置窗口初始位置和大小loadTextures();glEnable(GL_TEXTURE_2D);//允许采用2D纹理技术glShadeModel(GL_SMOOTH);//设置阴影平滑模式glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0);//改变窗口的背景颜色，不过我这里貌似设置后并没有什么效果glClearDepth(1.0);//设置深度缓存glEnable(GL_DEPTH_TEST);//允许深度测试glDepthFunc(GL_LEQUAL);//设置深度测试类型glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST);//进行透视校正/*opengl中支持8个光源，即GL_LIGHT0~GL_LIGHT7*/glLightfv(GL_LIGHT1, GL_AMBIENT, light_ambient);//指定光源1的环境光参数glLightfv(GL_LIGHT1, GL_DIFFUSE, light_diffuse);//指定光源1的漫射光参数glLightfv(GL_LIGHT1, GL_POSITION, light_position);//指定光源1的位置glEnable(GL_LIGHT1);//允许光源1的使用// glEnable(GL_LIGHTING);//我们还需要启动总光源开关,默认的时候不开，后面的L键来控制开启和关闭glColor4f(1.0, 1.0, 1.0, 0.5);//后面的步骤都是以全亮绘制物体，并且50%的透明度glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE);}void GLWidget::paintGL(){//glClear()函数在这里就是对initializeGL()函数中设置的颜色和缓存深度等起作用glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);/*下面开始画立方体,并对其进行纹理映射*/glLoadIdentity();glTranslatef(0.0, 0.0, zoom);glRotatef(rotate_angle, -0.4f, 0.4f, -1.0f);glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[filter]);//这句代码一定要，因为在initializeGL()函数中已绑定一个固定的纹理目标了glBegin(GL_QUADS);//上顶面glNormal3f(0.0, 1.0, 0.0);//该函数指定是法线的方向为向量(x, y, z)方向，在使用光源且对空间物体进行纹理映射时，每个面都需要指定其法线的方向，否则会出现各种意外的结果。
计算机形学的纹理映射
计算机形学的纹理映射计算机图形学中的纹理映射是一种常见且广泛应用的技术，用于增强三维模型的真实感和细节。
本文将探讨纹理映射的概念、原理和应用，并分析其在计算机图形学领域中的重要性。
一、概述纹理映射是一种将二维图像贴附到三维模型表面的过程。
它通过在三维模型的表面上粘贴纹理图像来模拟真实世界中的材质和细节。
纹理映射可以使平凡的三维模型变得生动，并为渲染引擎提供更真实的光照效果。
二、纹理映射的原理纹理映射的原理可简单描述为以下三个步骤：1. 纹理坐标的计算：为了将二维纹理贴附到三维模型表面上，首先需要计算每个顶点的纹理坐标。
纹理坐标是一个二维向量，指示了纹理图像中的像素位置。
2. 纹理插值：一旦获得了每个顶点的纹理坐标，渲染引擎会根据每个像素的位置在顶点之间进行插值计算，以确定其在纹理图像中的位置。
这样可以确保纹理图像均匀地覆盖整个三维表面。
3. 纹理采样：根据插值计算的纹理坐标，渲染引擎从纹理图像中采样像素值。
采样过程将决定每个像素的颜色和纹理特征。
三、纹理映射的应用纹理映射在计算机图形学中有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 视觉效果：纹理映射可用于创建逼真的视觉效果，如岩石、树木的表面纹理。
通过将真实世界的图像应用到模型上，可以使其看起来更加真实。
2. 游戏开发：游戏中的角色、场景和物体通常都需要进行纹理映射。
纹理映射可以为游戏提供更好的视觉效果，并增加游戏的沉浸感。
3. 虚拟现实：纹理映射是虚拟现实技术中不可或缺的一部分。
通过在虚拟环境中应用纹理，可以增强用户感知，使其更好地融入虚拟世界。
4. 增强现实：纹理映射在增强现实应用中也扮演着重要角色。
通过在现实世界中投射纹理，可以实现虚拟物体与真实世界的交互。
结论纹理映射是计算机图形学中的重要技术之一，通过将二维纹理应用于三维模型的表面，可以增强模型的真实感和细节。
它在视觉效果、游戏开发、虚拟现实和增强现实等领域都有广泛应用。
纹理映射的原理和应用需要综合考虑，以确保最佳的效果和性能。
计算机图形学_完整版 ppt课件
输入设备
键盘、鼠标 按钮盒、旋钮 跟踪球、空间球 操作杆 触觉反馈设备 数据手套、数据衣 数字化仪 扫描仪 触摸板 光笔 ……
硬拷贝设备
打印机 喷墨 激光 ……
绘图仪 台式 大型滚动传送式 ……
图形硬件系统组成模块示意图：
或称图形坐标系、用户坐标系、全局坐标系 如在世界坐标系中进行装配
观察坐标系（viewing coordinate）
对场景进行观察所对应的坐标系 对象经变换到该场景的一个二维投影——投影变换
规范化坐标系（normalized coordinate）
可使图形软件与特定输出设备的坐标范围无关 坐标范围：-1～1，或0 ～ 1 等等
在场景中对物体移动、旋转、缩 放、扭曲等，或转换模型坐标系
3D→2D，并对观察区域进行裁 剪和缩放
一种伪变换，对窗口上的最终输 出进行移动、缩放等
三维几何变换
可用4×4矩阵操作统一表示二维和三维几何变换
缩放、旋转、 对称、错切等
平移
投影
整体缩放
基本变换：平移、旋转、缩放
复合变换：可由平移、旋转、缩放和其他变换的矩阵乘积 （合并）形成。
图元的绘制、显示过程
顶点 法向量、颜色、纹理… 像素
图元操作、像素操作 光栅化（扫描转换）
像素信息 帧缓存 显示器
调用底层函数，如 setPixel (x,y)；将当 前像素颜色设定值存 入帧缓存的整数坐标 位置（x,y）处。
图元描述与操作
几何图元由一组顶点（Vertex）描述 这一组顶点可以是一个或是多个。每个顶点信息二维或 三维，使用 2~4 个坐标。顶点信息由位置坐标、颜色 值、法向量、纹理坐标等组成。
学习计算机图形学中的光照与阴影处理技术
学习计算机图形学中的光照与阴影处理技术在计算机图形学中，光照与阴影处理技术是非常重要的一部分。
通过模拟现实中的光照效果和阴影，可以使计算机生成的图像更加真实，增强视觉效果。
本文将介绍学习计算机图形学中的光照与阴影处理技术的基础知识和常用方法。
一、光照模型光照模型是计算机图形学中描述光照效果的数学模型。
常见的光照模型有局部光照模型和全局光照模型。
1. 局部光照模型局部光照模型是根据物体表面的法线向量、入射光线和视线方向来计算光照效果的模型。
其中，最常用的局部光照模型是Lambert光照模型和Phong光照模型。
Lambert光照模型假设光线均匀地照射在物体表面，不考虑镜面反射。
它的计算公式为：I = kd * (N · L) * Ia其中，I表示物体表面的最终颜色，kd表示物体表面的漫反射系数，N表示物体表面的法线向量，L表示入射光线的方向向量，Ia表示环境光的颜色。
Phong光照模型考虑了镜面反射，并在Lambert光照模型的基础上增加了镜面反射系数和高光反射指数。
它的计算公式为：I = kd * (N · L) * Id + ks * (R · V) * Is其中，ks表示物体表面的镜面反射系数，Id表示入射光的颜色，R表示反射光线的方向向量，V表示视线的方向向量，Is表示光源的颜色。
2. 全局光照模型全局光照模型考虑了光线在场景中的多次反射和折射，可以产生更真实的光照效果。
常用的全局光照模型有光线追踪和辐射度。
光线追踪是通过递归地跟踪光线的路径来模拟光照效果，而辐射度是通过求解光传输方程来计算光照效果。
二、阴影处理技术阴影处理技术可以模拟现实中物体之间及物体与光源之间的阴影效果，增强图像的真实感和立体感。
1. 平面阴影平面阴影是最简单的阴影处理技术之一，通过计算物体与平面之间的关系来生成阴影效果。
常用的平面阴影处理技术有阴影贴图和投影贴图。
阴影贴图是通过渲染一个代表遮挡物的贴图来生成阴影效果，而投影贴图则是通过投影计算来生成阴影效果。
计算机图形学基础课件chap9
计算机图形学的起源可以追溯到20世纪50年代，随着计算机技术 的发展，图形学逐渐成为一门独立的学科。
发展
计算机图形学经历了从简单二维图形到复杂三维图形的发展，如今 正朝着虚拟现实、增强现实等方向发展。
未来趋势
随着计算能力的提升和算法的优化，计算机图形学将在更多领域发 挥重要作用，如医学成像、建筑设计等领域。
性能计算机支持。
03
分布式渲染技术
分布式渲染技术是一种将渲染任务分配给多个计算机共同完成的渲染技
术。这种技术能够提高渲染效率，缩短渲染时间，适用于大规模的图像
渲染任务。
人工智能在计算机图形学中的应用
智能动画生成
人工智能技术可以用于生成智能动画，通过对大量数据进行学习，自动生成符合要求的动 画效果。这种技术能够提高动画制作的效率和质量。
可视化和表现
学习如何使用软件的功能和技术，将设计 理念和创意以可视化的方式呈现出来，提 高设计的表现力和说服力。
虚拟现实与增强现实实践项目
虚拟现实与增强现实实践 项目
通过开发一款简单的虚拟现实 或增强现实应用，掌握虚拟现 实和增强现实技术的实现和应 用。
虚拟现实与增强现实开发 工具
选择适合的开发工具和平台， 如Unity、Unreal Engine、 ARKit、VRKit等，学习使用这 些工具进行应用的开发和实现 。
智能材质与纹理生成
人工智能技术可以用于生成智能材质和纹理，通过对大量数据进行学习，自动生成符合要 求的材质和纹理效果。这种技术能够提高材质和纹理设计的效率和质量。
智能场景构建
人工智能技术可以用于构建智能场景，通过对大量数据进行学习，自动生成符合要求的场 景效果。这种技术能够提高场景设计的效率和质量。