主要內(nèi)容6.1概述6.2顏色的基本知識(shí)6.3光的基本知識(shí)6.4明暗處理第6章真實(shí)感圖形設(shè)計(jì)1決定物體外觀的因素物體的幾何形狀物體表面特性材料的粗糙度、表面顏色等；外部光源亮度、顏色、類(lèi)型；觀察者的視點(diǎn)物體周?chē)h(huán)境6.1概述2一、顏色顏色是外來(lái)光作用于人的視覺(jué)器官而產(chǎn)生的主觀感覺(jué)光是人的視覺(jué)系統(tǒng)能夠感知到的電磁波；波長(zhǎng)在400nm到700nm之間；6.2顏色的基本知識(shí)3光是人的視覺(jué)系統(tǒng)能夠感知到的電磁波；波長(zhǎng)在400nm到700nm之間；6.2顏色的基本知識(shí)4單色光：一束光只包含一種波長(zhǎng)的能量，而其它波長(zhǎng)都為零彩色光：其中各波長(zhǎng)的能量分布不均勻6.2顏色的基本知識(shí)5白光：一束光的各種波長(zhǎng)的能量大致相等6.2顏色的基本知識(shí)6二、三色學(xué)說(shuō)任何一種顏色可以用紅、綠、藍(lán)三原色按照不同比例混合來(lái)得到根據(jù)這個(gè)學(xué)說(shuō)，提出RGB顏色模型以及其他的CG顏色模型用這種原色的混合匹配能產(chǎn)生光譜中的每一種顏色，其匹配過(guò)程可表示為：C=rR+gG+Bb6.2顏色的基本知識(shí)7三、顏色模型是指某個(gè)三維顏色空間中的一個(gè)可見(jiàn)光子集，它包含某個(gè)顏色域的所有顏色面向硬件的顏色模型RGB模型、CMY模型面向用戶(hù)的顏色模型HSV模型顏色模型的用途是在某個(gè)顏色域內(nèi)方便的指定顏色6.2顏色的基本知識(shí)8(1)RGB模型Red（紅）、Green（綠）、Blue(籃)應(yīng)用：彩色CRT加色模型6.2顏色的基本知識(shí)9RGB色彩模式

該模式按加法原理，用紅(Red)、藍(lán)(Blue)、綠(Green)三種基本色配制其它色彩。R、G、B可分別在0～255之間取值。R=255R=0R=0R=255R=255R=0R=0R=255G=0G=255G=0G=255G=0G=255G=0G=255B=0B=0B=255B=0B=255B=255B=0G=2556.2顏色的基本知識(shí)10(2)CMY模型Cyan（青）、Magenta（品紅）、Yellow（黃）應(yīng)用：繪圖儀、印刷機(jī)、打印機(jī)等硬拷貝設(shè)備減色模型6.2顏色的基本知識(shí)11CMYK色彩模式青(Cyan)品紅(Magenta)黃(Yellow)黑(black)采用四種基本色配制其它色彩C、Y、M、K的取值可從0％～100％6.2顏色的基本知識(shí)126.3光的基本知識(shí)光的基本知識(shí)光源特性光源分類(lèi)光的反射和傳播簡(jiǎn)單光照模型13一、光源特性光的色彩光的色彩一般用紅、綠、藍(lán)三種色光的組合成分來(lái)描述光的強(qiáng)度光的強(qiáng)弱由R、G、B三色光的強(qiáng)弱而決定3D空間中一點(diǎn)的總光強(qiáng)I為：I=0.30Ir+0.59Ig+0.11Ib6.3光的基本知識(shí)14二、光源分類(lèi)點(diǎn)光源（PointLightSource）點(diǎn)光源所發(fā)射的光線(xiàn)，是從一點(diǎn)向各方向發(fā)射的6.3光的基本知識(shí)15分布式光源（DistributedLightSource）分布式光源所發(fā)射的光線(xiàn)，是從一個(gè)面向一個(gè)方向發(fā)射的平行光線(xiàn)6.3光的基本知識(shí)16漫射光源（AmbientLightSource）漫射光源所發(fā)射的光線(xiàn)，是從一個(gè)面上的每一點(diǎn)向各個(gè)方向發(fā)射的光線(xiàn)6.3光的基本知識(shí)17三、光的反射和傳播漫反射漫反射光均勻向各方向傳播，空間分布均勻，與視點(diǎn)無(wú)關(guān)

光照模型：入射光強(qiáng)度物體表面漫反射系數(shù)入射角6.3光的基本知識(shí)18鏡面反射對(duì)于理想鏡面鏡面反射光集中在一個(gè)方向，并遵守反射定律對(duì)一般的光滑表面反射光集中在一個(gè)范圍內(nèi)，且由反射定律決定的反射方向光強(qiáng)最大；對(duì)于同一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，從不同位置所觀察到的鏡面反射光強(qiáng)是不同的6.3光的基本知識(shí)19鏡面反射光照模型：

其中：Ip為入射光強(qiáng)度；

Ks為反射率系數(shù)，是入射角θ和光波長(zhǎng)λ的函數(shù)；

α為觀察角；6.3光的基本知識(shí)206.3光的基本知識(shí)n為鏡面反射指數(shù)，n的取值與表面粗糙程度有關(guān)n越大，表面越平滑（散射現(xiàn)象少，稍一偏離，明暗亮度急劇下降）n越小，表面越毛糙（散射現(xiàn)象嚴(yán)重）216.3光的基本知識(shí)高光現(xiàn)象入射光在光滑物體（如金屬或塑料）表面形成的特別亮的區(qū)域22環(huán)境光環(huán)境光是指光源間接對(duì)物體的影響，是在物體和環(huán)境之間多次反射，最終達(dá)到平衡時(shí)的一種光光照模型：

Ia為環(huán)境光在整個(gè)場(chǎng)景中的入射強(qiáng)度

Ka為環(huán)境光對(duì)該物體表面的反射系數(shù)（0≤ka≤1）6.3光的基本知識(shí)23四、簡(jiǎn)單光照模型光照射到物體表面，主要發(fā)生：反射、透射（對(duì)透明物體）、吸收（轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽┓瓷涔狻⑼干涔鉀Q定了物體所呈現(xiàn)的顏色物體表面上一點(diǎn)P反射到視點(diǎn)的光強(qiáng)I包括：環(huán)境光的反射光強(qiáng)Ie漫反射光強(qiáng)Id鏡面反射光強(qiáng)Is

6.3光的基本知識(shí)24簡(jiǎn)單光照模型的特點(diǎn)顯示出的物體象塑料，沒(méi)有質(zhì)感；環(huán)境光是常量，沒(méi)有考慮物體之間相互的反射光；鏡面反射的顏色是光源的顏色，與物體的材料無(wú)關(guān)；鏡面反射的計(jì)算在入射角很大時(shí)會(huì)產(chǎn)生失真。6.3光的基本知識(shí)256.4明暗處理明暗處理均勻著色光滑著色哥羅德（Gouraud）光強(qiáng)度插值法馮（Phong）法向插值法266.4明暗處理一、均勻著色法向量的計(jì)算計(jì)算物體表面上各點(diǎn)處的光強(qiáng)關(guān)鍵是求出該點(diǎn)處的法向量均勻著色原理假設(shè)物體由平面多邊形圍成，每個(gè)平面多邊形上的點(diǎn)共有一個(gè)法向量如果光源到達(dá)物體的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物體的尺寸，則可認(rèn)為光源到達(dá)物體表面的距離為定值物體表面每一個(gè)平面的光強(qiáng)為一常數(shù)27均勻著色方法1、任取多邊形上一點(diǎn)，利用光照模型計(jì)算出它的顏色2、用這個(gè)顏色填充整個(gè)多邊形6.4明暗處理28均勻著色適用場(chǎng)景：1）光源在無(wú)窮遠(yuǎn)處；2）視點(diǎn)在無(wú)窮遠(yuǎn)處；3）物體由平面多邊形圍成。6.4明暗處理29均勻著色的優(yōu)點(diǎn)每個(gè)多邊形只需計(jì)算一次光照明方程，速度快均勻著色的缺點(diǎn)相鄰多邊形顏色過(guò)渡不光滑6.4明暗處理306.4明暗處理二、光滑著色對(duì)于表面包含曲面的物體，需要求曲面上每一點(diǎn)的法向量，計(jì)算量很大可采用平面多邊形來(lái)逼近曲面如果用來(lái)逼近曲面的平面被劃分的很細(xì)，可以得到比較理想到真實(shí)感圖形。否則，容易出現(xiàn)馬赫帶效應(yīng)，圖形的真實(shí)感降低為避免上述問(wèn)題，通常采用Gouraud的光強(qiáng)度插值法和Phong的法向插值法311、Gouraud光強(qiáng)度插值著色方法通過(guò)對(duì)多邊形頂點(diǎn)光強(qiáng)度進(jìn)行線(xiàn)性插值來(lái)獲得其內(nèi)部各點(diǎn)顏色6.4明暗處理326.4明暗處理Gouraud算法過(guò)程將曲面近似分割成若干個(gè)小平面；計(jì)算小平面相交頂點(diǎn)上的平均單位法向量；根據(jù)光照模型計(jì)算各個(gè)頂點(diǎn)的光強(qiáng)度；插值計(jì)算相交邊上各點(diǎn)的光強(qiáng)度；插值計(jì)算小平面中各點(diǎn)的光強(qiáng)度。33Gouraud明暗處理用于完全漫反射表面時(shí)效果較理想，消除馬赫帶效應(yīng)也較好；在明暗處理時(shí)，物體表面上出現(xiàn)過(guò)亮或過(guò)暗的條紋，稱(chēng)為馬赫帶（Mach_band）效應(yīng)在處理鏡面反射時(shí)，會(huì)使鏡面上的高光亮區(qū)域的形狀和位置發(fā)生變化，甚至模糊不清；同時(shí)，也不能有效消除馬赫帶效應(yīng)6.4明暗處理342、Phong法向插值著色方法6.4明暗處理35P處法矢量的計(jì)算可分為兩步：根據(jù)A,B處的法矢量作線(xiàn)性插值求處Q處法矢量；根據(jù)B,C處的法矢量作線(xiàn)性插值求出R處法矢量；對(duì)Q,R處法矢量作線(xiàn)性插值，求出P處的表面法矢量36Phong算法過(guò)程把曲面近似的分成若干個(gè)小平面；計(jì)算各個(gè)小平面相交頂點(diǎn)上的平均法矢量；計(jì)算兩平面相鄰邊上各點(diǎn)法矢量；計(jì)算各小平面中各點(diǎn)法矢量；根據(jù)光照模型，計(jì)算所有點(diǎn)的光強(qiáng)度；6.4明暗處理37

SIGGRAPH協(xié)會(huì)介紹SIGGRAPH協(xié)會(huì)

SIGGRAPH是計(jì)算機(jī)圖形圖像專(zhuān)業(yè)組織，成立于1967年，它是ACM的37個(gè)SIGs專(zhuān)業(yè)組織之一以推廣和發(fā)展電腦繪畫(huà)及動(dòng)畫(huà)制作軟硬為宗旨，并大力提倡科技與藝術(shù)的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)的媒體特性自1974年以來(lái)，SIGGRAPH定期舉辦每年一次的年會(huì)。1