真实感图形显示四

真实感图形显示真实感图形显示简述线和面的消隐光照模型光线跟踪文理映射颜色模型真实感图形显示——简述野外场景模拟小区规划设计机械设备仿真室内装修展示真实感图形显示——简述生成真实感图形的基本步骤：

（1）构建模型用数学方法建立实体三维模型,并存储到系统中；（2）投影变换将实体模型转换到三维观察坐标系中；（3）消隐处理用消隐技术去除视景外的和实体上不可见的面；（4）光照处理建立光照模型生成真实感图形。消隐消隐算法——确定视点后，将物体上不可见的点、线、面消去的算法。消隐算法分类：按操作对象的不同表达方式：对象空间方法（objectspacemethod）图像空间方法（imagespacemethod）从应用角度：线的消隐（Hidden-Line）面的消隐（Hidden-Surface）消隐算法对象空间是三维空间，对象空间法通过分析对象的三维特性之间的关系来确定是否可见。图像空间是对象投影后所在的二维空间，图像空间法将对象投影后分解为像素，按照一定的规律，比较像素之间的z值，从而确定是否可见线消隐（Hidden-Line）凸多面体的隐藏线消除组成凸多面体的面的方程为（8.1）为多面体内一点为P0在平面i上的垂足，则有线消隐（Hidden-Line）根据向量点积的几何意义得它们的夹角为180°，因此法矢量指向物体外部设式(8.1)所定义的凸多面体在以视点为顶点的四棱锥内，视点与第i个面上一点的连线的方向为。当时，平面i为自隐藏面一般取视点为z轴负无穷远点，那么在xoy平面上，视线方向为（0,0,1），所以ci>0所对应的面为自隐藏面。任意自隐藏的交线为自隐藏线。线消隐（Hidden-Line）凹多面体的隐藏线消除消除隐藏线问题可归结为：对于空间一条线段P1P2和多边形a，判定线段是否被多边形遮挡。1、无交点

1）分离——无隐藏关系

2）在多边形内——线段在多边形前线段在多边形后判定方法Z轴：射线线消隐（Hidden-Line）2、有交点多边形的边把线段分割成子线段，判断子线段的隐藏性：判定子线段是否落在多边形投影内，排除完全可见的子线段线段投影被分为若干子线段可见子线段的确定t11t32t12t13t14t31t15t16t21t22t33t34t41t42t51t52t53t54t43t44面消隐（Hidden-surface）裁剪多边形被裁剪多边形内部多边形外部多边形面消隐（Hidden-surface）深度缓存算法(Z-Buffer)帧缓冲区置成背景色；Z缓冲区置成最小Z值；

for(各个多边形){扫描转换该多边形；

for(多边形所覆盖的每个像素(x,y)){计算多边形在该像素的深度值

if(Z(x,y)大于Z缓冲区在(x,y)处的值){把Z(x,y)存入Z缓冲区的(x,y)处；把多边形在(x,y)处的亮度值存入帧缓冲区的(x,y)处；

}}}面消隐（Hidden-surface）Z缓冲区示意图光照模型光源特性和物体表面特性决定了物体表面色彩和明暗变化。1、光源特性Color_light=(Ir,Ig,Ib)Ir,Ig,Ib分别是RGB三色光的强度（1）光的色彩（2）光的强度I=0.3*Ir+0.59*Ig+0.11*Ib光照模型1、光源特性（3）光的方向（直射光和漫射光）

1）点光源（pointlightsource）从一点像各个方向发光（eg灯泡）

2）分布式光源（distributed）从一个面向一个方法发光（eg太阳）

3）漫射光源（ambient）从一个面上的每个点向各个方向发光（eg地面）点光源分布式光源漫射光源光照模型2、物体表面特性（1）反射系数反射系数由物体表面的材料和形状决定，反射系数分为漫反射（diffusereflection）系数和镜面（specular）反射系数。

1）漫反射系数记为Kd，表示物体表面向各个方向漫反射光线的能力。可分解为Kd-r,Kd-g,Kd-b,Kd介于0~1之间。

2）镜面反射系数记为Ks，表示物体表面沿着镜面方向反射光线的能力。i实验证明：物体表面的颜色主要由光源的色彩和漫反射系数来模拟，镜面反射系数主要反映物体表面产生高光的现象。光照模型2、物体表面特性（2）透射系数投射系数记为Tp，表示物体透射光的能力。Tp介于0~1之间。1表示完全透明，0表示完全不透明。（3）表面方向:物体表面的方向用法线N表示，N=（A,B,C）光照模型及其实现光照模型描述物体表面的色彩明暗同光源特性、物体表面特性之间的关系。1、漫射(disffuse)光线的情况物体表面的色彩明暗与表面形状无关，仅与表面的反射系数有关。漫射光源照明模型光照模型及其实现2、镜面反射情况物体表面的明暗随表面法矢量和入射光线的夹角θ的改变而变化。sθ光照模型及其实现镜面反射系统W(θ)与入射角θ的关系N与高光区域大小的关系光照模型及其实现3、透射光线的情况单一直射光源情况下，物体表面P点处所发光强计算机公式光照模型及其实现1）求cosiθs2）求cossphong

（1）根据反射定律，入射光、表面法线和反射光必在同一平面上，且入射角等于反射角。1>先作变换T，将坐标原点移至p点，z轴指向P点的法线方向2>在新坐标系下，入射矢量和反射矢量的z分量相等，x、y分量大小相等，方向相反。光照模型及其实现R单位矢量的求法3>作逆变换T-1，1>先作变换T，将坐标原点移至p点，z轴指向光线入射的反方向2>在新坐标系下，由于在同一平面内，L向单位矢量和z轴重合，因此N和R向单位矢量在xoy平面的投影n和r在同一条直线上（2）Phong的方法光照模型及其实现R单位矢量的求法光照模型及其实现令则根据单位矢量的性质（4.7）（4.8）（4.9）（4.10）（4.11）光照模型及其实现将式（4.11）和（4.8）共同带入式（4.9），得将式（4.10）带入式（4.12），得(4.12)于是得入式（4.7），得3>作逆变换T-1，(4.13)(4.14)Phong光照模型综合上面介绍的光反射作用的各个部分，Phong光照明模型有这样的一个表述：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Ie、理想漫反射光强Id、和镜面反射光Is的总和，即：

在这种简化下，由于对所有的点总共只需计算一次H的值，节省了计算时间。结合RGB颜色模型，Phong光照明模型最终有如下的形式：光照模型及其实现明暗的光滑处理1、Gourand方法亮度插值方法2、Phong法线方向插值法光线跟踪光线跟踪示意图视线法线反射投射P0视线在p0处的反射和投射光线跟踪VP0P2P1P3rrrrttt光线跟踪树PiIGIrItNIVPi点所受到的光照阴影的生成对于隐藏面消除算法，是从观察点看，确定哪些表面是可见的。而对于阴影发现算法，是从点光源“看”，确定哪些表面是可见的。从观察点和从点光源都能看见的表面，就是可见的表面。从观察点可见，而从点光源不可见的表面，就在阴影之中。应当注意，这种简便方法不能构造出来自分布光源的阴影。如果要把分布光源造成的阴影也考虑进去，则必须计算阴影的本影和半影。阴影可以分为本影和半影。本影：景物表面上未被任何光源直接照射到的区域。半影：景物表面被部分光源照射但没被全部光源照射到的半明半暗的区域。点光源：光线由光源出发向四周发散，和场景中物体相比，光源很小且距离景物足够远。分布式光源：光源与场景中的物体相比不够小，且距景物较近，这时需计算光源外表面各点所共同产生的光照。单一点光源只能产生本影。而线光源、面光源或分布式光源可同时产生本影和半影。阴影的生成本影半影无影分布式光源

本影的计算简单，半影计算复杂。我们只考虑本影的计算。阴影的生成阴影的生成当要表现一个客体时，可以分别对观察点及各点光源实施同样的消除隐藏面的算法，分别对观察点及各点光源确定出相应的可见部分和不可见部分，然后把所得结果进行整理，通过正确形成明暗而表现出来。当要对同一物体从许多不同观察点进行观察时，对所看到的一系列情形，可以只做一次发现阴影的计算，因为当点光源相对物体是固定时.阴影实际上和观察点的位置无关。计算阴影还有许多其他的方法。对由多边形表面组成的客体,是对从光源来说是完全可见或者部分可见的多边形,都附加上另一个与之共面的多边形,称为细碎多边形.

计算细碎多边形的方法,是用遮挡光线多边形的投影,相对多边形表面,用对多边形进行剪裁的算法进行剪裁.

下图示意说明了这种情况.图中在立方体和光源之间有一个不透明的三角形面,立方体有两个面产生了阴影,在那两个面上附加上了细碎多边形.阴影的生成光源在无穷远处投射阴影的多边形细碎多边形位于立方体顶面的阴影位于多边形前面的阴影完全位于阴影中的面，因而并不加上细碎多边形颜色模型——颜色的特性颜色是一种波动的光能形式，从光学角度看，光在本质上是电磁波。英国科学家牛顿于1666年通过用三棱镜做实验证明了白光是所有可见光的组合。并发现了色散现象。依次按波的顺序排列的彩色光带，就称为光谱。颜色模型——颜色特性颜色有如下三个特性：色调、饱和度和亮度。从物理光学的角度出发，颜色可以用主波长、纯度和明度来定义。RGB模型

RGB颜色模型通常使用于彩色阴极射线等彩色光栅图形显示设备中，它是我们使用最多最熟悉的颜色模型。红、绿、蓝原色是加性原色，各个原色混合在一起可以产生复合色。

RGB颜色模型通常采用单位立方体来表示。颜色模型——模型类型CMY颜色模型以红、绿、蓝的补色青、品红、黄为原色构成，常用于从白光中滤去某种颜色，又被称为减性原色系统。

CMY颜色模型也采用单位立方体来表示。与RGB颜色模型相似。

CMY颜色模型常用于印刷硬拷贝设备。颜色模型——模型类型颜色模型——颜色实现计算机颜色RGBA方式存储和颜色索引模式

RGBA模式中的R、G、B、A数值对应于每—个像素点，而在颜色索引模式中，对应于每个像素点的是单个数值(称为颜色索引)。颜色数据是由帧缓冲区的位平面(bitplane)数量决定在每个像素中，1个位平面表示1位数据。屏幕窗口坐标以像素为单位，像素的颜色是通过用一系列OpenG