颜色肯简单光照明模型

关于颜色肯简单光照明模型第一页，共七十三页，编辑于2023年，星期四XYZx1y1z1z2XpYp窗口坐标系屏幕坐标系模型坐标系世界坐标系视口窗口建模显示处理几何变换裁剪确定可见面光照明投影图形显示流程回顾第二页，共七十三页，编辑于2023年，星期四（1）可见面颜色：由表面向视线方向辐射的光中所含不同波长光的比例决定的光照明模型（2）可见面明暗程度：由反射光和透射光的强弱决定概述光照射到一个物体表面时会被该物体反射、折射和吸收，从而产生反射光、透射光和转换成热量。第三页，共七十三页，编辑于2023年，星期四概述光照明模型也称为光照模型或明暗模型，它根据光学物理中的有关定律，计算出景物表面上任一点投向观察者眼中的光亮度的大小和色彩组成的表达式，从而在显示器上生成真实感图形。

第四页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.18.1.2颜色模型颜色的特性

8.1颜色第五页，共七十三页，编辑于2023年，星期四颜色概述颜色是可见光的一种视觉特性。可见光（电磁能）经过与周围环境相互作用后到达人眼，并经一系列物理和化学作用转化为人眼所能感知的电脉冲，让人眼感觉到了颜色。所以，颜色的形成是一个复杂的物理和心里相互作用的过程，它涉及光的传播特性，人眼的结构及人脑心理感知等内容。第六页，共七十三页，编辑于2023年，星期四颜色概述或说，颜色是人的视觉系统对所接受到的光信号产生的一种感觉,不同波长的光信号带给人不同的颜色感受。所以，颜色的实质是光波。其存在必须的3个实体是：光线、被观察对象和观察者。观察对象的颜色是指该对象在光线的照射下，所反射的光作用于人眼的综合效果；对于透射对象则是透过该物体的光谱综合作用的结果。当各种不同波长的光信号一同进入我们的眼睛的某一点时，视觉器官会将它们混合起来，作为一种颜色接受下来。第七页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.1颜色的特性具有各种颜色的光是电磁频谱中狭窄的频谱波段，称为可见光。在电磁频谱中还有其它一些频谱波段，如无线电波、微波、红外线和X射线等，这些光是不可见的。abcdfga.调幅无线电b.调幅无线电和电视d.红外线

f.紫外线c.微波e.可见光g.X－射线

102104106108101010121014101610181020e每一频率对应一种单独的颜色，在其低频率端是红色，高频率端是紫色。从低频到高频的光谱颜色变化分别是红，橙，黄，绿，蓝，青和紫。第八页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.1颜色的特性颜色涉及到的三个量色彩光是电磁波，可以用波长λ或频率f来指定色彩，单色光波的频率和波长互成反比，比例常数是光速с。频率对于各种物质是一个常数，光速和波长是依赖于物质的。亮度光谱色彩的波长单位通常是埃（1Å=10－8cm）或纳米（1nm=10－7cm）物体表面的亮度与其周围环境的亮度无关，而表面的明度则是指人眼感知到的亮度，它与其周围环境的亮度有关。具有恒定亮度的物体，当将其置于不同环境时，它的明度不同。纯度纯度（Purity）或饱和度(Saturation)也是颜色的一个重要的属性。纯度说明光的颜色有多纯，淡的颜色说明不太纯。例如，在一束彩色光中加入白光，那么光的颜色就会变淡，纯度降低。第九页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.1颜色的特性颜色其他影响因素－－1）人的视觉系统（生理因素）颜色是主观的，依赖于观察者的。光效率函数：它表示人眼感受各种波长的光的敏感度。反映了不同波长的光刺激人眼产生亮度的效率。人眼对绿色最敏感、红色次之、蓝色最弱－－所以RGB常作为三基色。在明亮条件下，人的眼睛最敏感的光的波长约为555nm，即黄绿光。在暗视觉条件下，人眼对波长为510nm蓝绿色的光最敏感。第十页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.1颜色的特性颜色其他影响因素－－2）心理因素色彩对比效应：如果两种颜色的光混合后为白光，则这两种颜色互为补色。当观察相邻区域的不同颜色时，视觉系统感知的颜色会发生变化。

1明度对比效应：当在相邻区域观察明显不同的两种颜色时，视觉系统感知的亮度（即明度）会发生偏移2颜色适应效应人眼受到颜色的强刺激作用，会使感受到的颜色的明度和饱和度产生变化。

3第十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期四色彩对比效应

颜色适应效应明度对比效应边缘效应第十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型三原色两种不同颜色的光源在合适的强度组合下可以生成另一种颜色。而人的眼睛仅包含三种不同类型的锥状细胞，所以对任意三种颜色的适当组合即可产生白光的视觉，条件是这三种颜色中任意两种的组合都不能生成第三种颜色，这三种颜色称为三原色。

所以适当选择两种或多种初始颜色混合时的比例，可以获得一定范围的颜色，这就是用颜色模型指定颜色的方法。颜色模型分类适用于硬件

面向用户

第十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型1、RGB模型红.绿.蓝（RGB）彩色模型用于彩色CRT监视器。RGB彩色系统采用笛卡儿坐标系，RGB三个基色定义的颜色集合是红绿蓝颜色坐标系统中的单位立方体。坐标原点代表黑色，坐标点(1,1,1)代表白色。坐标轴上的顶点代表三个基色，余下的顶点则代表每一个基色的补色，例如，黄(1,1,0)的补色为蓝(0,0,1)。R绿(0,1,0)黄(1,1,0)白(1,1,1)品红(1,0,1)青(0,1,1)黑(0,0,0)蓝(0,0,1)红(1,0,0)GBRGB立方体三基色通过叠加混合来产生新的颜色，是加色模型。第十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型1、RGB模型R绿(0,1,0)黄(1,1,0)白(1,1,1)品红(1,0,1)青(0,1,1)黑(0,0,0)蓝(0,0,1)红(1,0,0)GBRGB立方体第十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型2、CMY模型青(Cyan)=W-R品红(Magenta)=W-G黄（Yellow）=W-B

减色模型：就是从白色的背景中减去某种颜色而获得新的颜色，如光经过品红色物体的反射和透射后，光谱中的绿色成分将被吸收和减去。颜色的补色即为从白色中减去这种颜色后所得的颜色。CMY模型的三基色与RGB模型的三基色互为补色。第十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期四该模型的思想完全基于画家作画的配色过程。画家一般采用色泽，色深和色调的概念来配色。给定一种纯色的颜料，画家在它上面掺入白色以获得色泽，而掺入黑色便获得色深，若同时调节则获得不同色调的颜色。这几个概念之间的关系可表示成一个三角形。8.1.2颜色模型4、HSV模型图8.4色泽，色深和色调纯色色深黑色白色灰色色浓第十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期四H（hue色彩）：颜色的种类；红、绿等。1S(saturation饱合度)：颜色的纯度，颜色的深浅；深红、浅红等；饱合度越高，颜色越深，白光越少。2V(value明度)：光的明暗程度。也常用Brightness亮度表示。38.1.2颜色模型4、HSV模型第十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型4、HSV模型降低饱和度S对应于在当前颜色中加入白色降低明度V则对应于在当前颜色中加入黑色第十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型4、HSV模型HSV模型用极坐标来定义颜色空间，它是一个倒立的单位正六棱锥，如图.S(饱和度)黄绿青白红品红蓝黑H(色度)HSV模型的可见颜色子空间V（明度）第二十页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型4、HSV模型圆锥的顶面对应于V=1，所代表的颜色较亮；而底点为V＝0表示最暗。色彩H由绕V轴的旋转角给定。红色对应于角度0°，绿色对应于角度120°，蓝色对应于角度240°。在HSV颜色模型中，每一种颜色和它的补色相差180°。饱和度S取值从0到1，所以圆锥顶面的半径为１。在圆锥的原点处，V=0，H和S无定义，代表黑色。圆锥的顶面中心处S=0，V=1，H无定义，代表白色。从该点到原点代表亮度渐暗的灰色，即具有不同灰度的灰色。对于这些点，S=0，H的值无定义。可以说，HSV模型中的V轴对应于RGB颜色空间中的主对角线。在圆锥顶面的圆周上的颜色，V=1，S=1，这种颜色是纯色。

V=0,H和S无定义S=0,V=1,H无定义第二十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期四前面几个模型的缺点：上面介绍的颜色模型并不能用来显示自然界所有的颜色。8.1.2颜色模型5、XYZ颜色模型和CIE色度图如：RGB模型，C=rR+gG+bB;试验光为蓝绿色＝蓝色＋绿色，但太亮；如何解决？？？＋红光？－－－试图使光变暗；但－－－合成光变更亮。==观察者将红色光加到试验光上后可使其更亮。－C+rR=gG+bBC=-rR+gG+bBC=-rR+gG+bB是不可能的，因为不存在负的光强。第二十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型5、XYZ颜色模型和CIE色度图解决方法：为了解决负光强的问题，国际照明委员会（简称CIE）在1931年定义了三种标准基色，这三种基色(XYZ)是想象的颜色，理论上可以显示各种波长的光（即颜色）。这就是XYZ模型。任何一种颜色C可以表示成：

C=XX+YY+ZZXYZ是三种想象的颜色，表示的不是这些颜色的光谱分布，可以简单的类比成该颜色空间的三个基向量。而XYZ则指出为匹配颜色C所需的标准基色的量。可以仿照上面简单的想象成是该基向量的数值，在此基础上可以类比（X，Y，Z

）则表示XYZ空间的一个点。而这个点就表示了一定的颜色属性。第二十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型5、XYZ颜色模型和CIE色度图XYZ空间中包含所有可见光，但不能出现负光强，所以，XYZ所表示的颜色空间落在第一卦限。从原点引一条任意射线穿过可见光锥体，则该射线上任意两点（原点除外）一定满足（X1，Y1，Z1）＝a（X2，Y2，Z2）a>0这就表示，这两个点会有一样的本质，只是大小不同。则这样可以表示，该射线上任意两点代表的色光具有相同的主波长和纯度，差别只在于它们的辉度。所以，如果只考虑颜色的色彩和纯度，则可以在射线上各取一点，就可以代表所有的可见光。习惯上这一点取做射线与平面X+Y+Z=1的交点，其坐标称为色度值。如何得到色度值呢？可以通过将XYZ规格化为(x,y,z)使得满足x+y+z=1.即：第二十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型5、XYZ颜色模型和CIE色度图所有的色度值落在可见光锥体与x+y+z=1的相交区域。则把这个区域投影到XY平面上，得到马蹄形的区域称为CIE色度图。（x,y）即为色度坐标。Y分量有意识地逼近人眼的光照效率灵敏度曲线。或简单的说是亮度曲线。第二十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型5、XYZ颜色模型和CIE色度图关于一种颜色的完整描述一般需要使用三个值，x,y和Y。其余两个CIE量可如下得到其中z=1-x-y用色度坐标(x,y)在二维图形中表示所有颜色。轮廓线代表所有可见光线波长的轨迹。线上的数值表明了该位置可见光的波长。具有同一色度但不同亮度的的颜色对应色度图的同一点。紫色线标准白光，坐标接近x=y=1/3第二十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型5、XYZ颜色模型和CIE色度图(1)显示基色组的颜色范围设I、J为任意两种颜色，如图所示，其不同的比例组合可以产生IJ连线上的任意一种颜色。再加入第三种颜色K，则I，J和K的不同比例组合能产生三角形颜色域IJK中的所有颜色。显然，三角形颜色区域必定是舌型区域的一部分，这就意味着没有一组三基色能组合产生所有的颜色。图8.9三角形颜色区域IJK绿蓝红JIK·Cxy第二十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型5、XYZ颜色模型和CIE色度图(2)计算某种颜色的主波长与色纯度当两种颜色组合时，新的颜色在色度图上位于原两种颜色的连线上。现若将颜色A看作校准白光C与纯色B的组合，则A的主波长即为B的主波长。线段AC的长度与线段BC长度之比即为颜色A的色纯度。图8.10计算颜色主波长，色纯度及其补色BAEDCFGxy第二十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型5、XYZ颜色模型和CIE色度图(3)计算补色互为补色的两种颜色组合后形成白色的光。在CIE色度图上，由于两点的颜色范围是一条直线，所以一对互补色在色度图上对应的点的连线必然经过C点。如图8.10中一定量的D和E组合时，我们将得到白色。图8.10计算颜色主波长，色纯度及其补色BAEDCFGxy第二十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型3、YIQ模型彩色电视与黑白电视的所谓的兼容，就是黑白电视机可以收看到彩色电视系统所发射彩色电视信号（当然，所看到图像仍然是黑白图像。）；彩色电视机可以收看到黑白电视系统所发射黑白电视信号（当然，所看到图像也是黑白图像。）。所传送的彩色电视信号中应有亮度信号和色度信号两部分。亮度信号包含了彩色图像的亮度信息，它与黑白电视机的图像信号一样，能使黑白电视机接收并显示出无彩色的黑白画面；色度信号包含了彩色图像的色调与饱和度等信息，被彩色电视机接收后，与亮度信号一起经过处理后显示出彩色画面。另外，彩色电视机接收到黑白电视信号后，也能显示出与黑白电视机基本相同的图像。应尽可能地减小黑白电视机收看彩色节目时所受到（彩色信号的）干扰，以及彩色电视中色度信号对亮度信号的干扰。

第三十页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型3、YIQ模型用于标准彩色电视广播系统的RGB三原色系统受到限制为此，美国国家电视标准委员会（NationalTelevisionStandardsCommittee，简称NTSC）制定了一种新的颜色模型――YIQ模型，它以CIEXYZ模型中的概念为基础，形成的是电视监视器的组合视频信号。第三十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期四第一分量Y表示亮度，它等价于XYZ模型中的Y分量。Y分量在三分量中占了大部分频率(4MHz)。Y信号中红，绿，蓝三原色按适当比例混合以获得标准的光谱光效率曲线1第二个分量I称为同相信号，其颜色值包含了橙至青的色彩信息。其分量占据了1.5MHz的频带宽度。2第三分量Q称为正交信号，它包含了绿至品红的色彩信息。其分量只占了0.6MHz的频带宽度。

38.1.2颜色模型3、YIQ模型第三十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型6、颜色模型的相互转换(1)RGB模型和CMY模型在这两个模型中，各种层次的非彩色（灰色）均位于从白色到黑色的顶点对角线上。原色的补色在立方体上的对角顶点处。从RGB到CMY颜色空间的变换公式为右式：第三十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.1.2颜色模型6、颜色模型的相互转换(1)YIQ模型和RGB模型YIQ可见颜色子空间也采用笛卡儿直角坐标系来描述。分析一下：第一行矩阵元素值均为正值，而其他两行都有负数。则证明Y分量－亮度值占重要位置。因此，YIQ的优点是在固定频带宽度的条件下，最大限度地扩大传送信息。这在图像数据地压缩，传送，编码和解码起着非常重要地作用。第三十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.2简单光照明模型8.2.18.2.2简单光照明模型光源与材质

第三十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期四第三十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.2.1光源光源

所有可以发出辐射光能的物体统称为光源，如日光灯和太阳等。通常在一个不透明且不发光的物体表面所观察到的光线是其反射光，它由光源与其他物体表面的反射光所共同产生光源反射面发光体反射光源第三十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期四光源－－光源的属性光源的几何形状1空间光亮度分布23点光源，线光源，面光源和体光源光源朝空间各个方向发射的光是否均匀光源向四周所辐射光的光谱分布光源的颜色，由光中所含不同波长光的比例决定的。8.2.1光源第三十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期四光源－－光的反射现象环境反射1镜面反射23指从周围环境中均匀入射的光入射至景物表面并等量的向各个方向反射出去的现象。特定光源还会产生高光或强光，称其为镜面反射.漫反射粗糙物体表面往往将特定光源反射光向各个方向散射.8.2.1光源第三十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期四1、材质8.2.2材质物体所呈现出的颜色在很大程度上取决于物体表面的材质。如果光线被投射至一个不透明的物体表面，则部分光线被反射，部分被吸收同样对于一个半透明物体的表面，部分入射光会被反射，而另一部分则被折射第四十页，共七十三页，编辑于2023年，星期四2、材质－－举例白光照射不透明物体表面，物体表面呈蓝色：原因－其余颜色的光全部被吸收了，只有蓝色的光才能被物体反射进入人眼。红色的光照射该物体，该物体将呈现？？？黑色8.2.2材质第四十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期四第四十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期四第四十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期四现实物体影响光的传播规律（1）反射定律：入射角等于反射角，且反射光线、入射光线与法向量在同一平面上。（2）折射定律：折射角和入射角满足正弦成正比，且折射线在入射光线与法线构成的平面上。8.2.3简单光照明模型概述第四十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期四（3）能量关系：在光的反射和折射现象中，能量是守恒的，能量的分布情况满足这样的一个式子：

Ii=Id+Is+It+Iv。其中：

Ii为入射光强，由直接光源或间接光源引起；

Id为漫反射光强，由表面不光滑引起；

Is为镜面反射光强，由表面光滑性引起；

It为透射光，由物体的透明性引起；

Iv为被物体所吸收的光，由能量损耗引起。8.2.3简单光照明模型概述第四十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期四概述该模型构建在下列假设之上：白光照射—各波长光比例相同仅考虑光源直接照射在景物表面所产生的光照效果景物表面通常被假定为不透明，且具有均匀反射率优点：能表现由光源直接照射在漫射表面上形成的连续明暗色调，镜面上的高光以及由于景物互相遮挡而形成的阴影等。8.2.3简单光照明模型概述第四十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期四简单光照明模型由假设知物体不透明则物体表面呈现的颜色仅由其反射光决定：环境反射环境反射假定入射光均匀地从周围环境入射至景物表面并等量地向各个方向反射出去；漫反射与镜面反射漫反射分量和镜面反射分量则表示特定光源照射在景物表面上产生的反射光。要计算某一点的光亮度，就要分别求出这三个分量。I=I环＋I漫＋I镜8.2.3简单光照明模型概述第四十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期四简单光照明模型－－环境反射光环境反射光是由环境光在邻近物体上经过多次反射所产生的。光是来自四面八方的。这种光产生的效应简化为它在各个方向都有均匀的光强度Ie，某一个可见物体在仅有环境光照明的条件下，其上各点明暗程度完全一样。环境反射光亮度可表示为：Ie为物体的环境光反射亮度Ipa为环境光亮度ka为物体表面的环境光反射系数(0≤ka≤1)=表明当光射向物体表面时，物体表面向各个方向漫反射该光线的能力。8.2.3简单光照明模型概述第四十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期四简单光照明模型－－漫反射光漫反射分量表示特定点光源在景物表面某一点的反射光中那些向空间各方向均匀反射出去的光表面对入射光在各个方向上都有强度相同的反射，因而无论从哪个角度观察，这一点的光亮度都是相同的。IpdCABC’A点发出的光亮度最大(为Ipd)而B点的光亮度就弱些C和C’其表面光亮度为零。8.2.3简单光照明模型概述第四十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期四简单光照明模型－－漫反射光－－郎伯余弦定律对于一个漫反射体，表面的反射光亮度和光源入射角（入射光线和表面法向量的夹角）的余弦成正比，即kd为漫反射系数，决定于表面材料及入射光的波长(0≤kd≤1)

IpdIpdcosiiCAB=Id为物体表面漫反射光的光亮度Ipd为光源垂直入射时的光亮度，i为光源入射角8.2.3简单光照明模型概述第五十页，共七十三页，编辑于2023年，星期四简单光照明模型－－镜面反射光（1）对纯镜面，入射至表面面元上的光严格地遵循光的反射定律单向反射出去,反射角与入射角相等。

反射光入射光纯镜面一般光滑平面Nn小n大N入射光反射光（2）一般光滑表面，表面实际上是有许多朝向不同的微小平面组成，其镜面反射光分布于表面镜面反射方向的周围，常采用余弦函数的幂次来模拟一般光滑表面的镜面反射光的空间分布镜面反射光为朝一定方向的反射光根据光的反射定律，反射光和入射光对称地分布于表面法向的两侧。8.2.3简单光照明模型概述第五十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期四简单光照明模型－－镜面反射光θ为镜面反射方向和视线方向的夹角，介于0o到90o之间采用余弦函数的幂次来模拟一般光滑表面的镜面反射光的空间分布。＝Is

为观察者接受到的镜面反射光亮度Ips为入射光的光亮度n为镜面反射光的会聚指数(与物体表面光滑度有关)ks为镜面反射系数(与材料性质和入射光波长有关)反射光入射光Nn小n大N入射光反射光8.2.3简单光照明模型概述第五十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期四简单光照明模型－镜面反射光－－会聚指数n和球面反射光亮度IpsIpscosnθθED8.2.3简单光照明模型概述第五十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期四Phong模型当光源有多个时，则上式可写为：

∑表示对所有特定光源求和，且kd+ks=1三个分量求出之后，相加得最后得光照结果：8.2.3简单光照明模型概述第五十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期四简单光照明模型(Phong模型)光谱量对应的颜色可由用户直接指定一旦反射光中三种分量的颜色以及它们的系数ka,kd和ks确定之后，从景物表面上某点达到观察者的反射光颜色就仅仅和光源入射角和视角θ有关，因此，Phong模型实际上是纯几何模型。基于RGB三基色颜色系统的Phong模型为避免计算光谱量Ipa,Ipa,Ipa,8.2.3简单光照明模型概述第五十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期四Phong模型－－涉及的各方向向量PVRNLiθ设L0，N0，R0，V0是与L，N，R，V相应的单位向量，则8.2.3简单光照明模型概述第五十六页，共七十三页，编辑于2023年，星期四Phong模型－－减小计算量N0R0NL0

R0的表示i在实际应用中，为了减小计算量，可采用下面的方法计算cosi和cosθ。N0·cosiN0·cosi-L08.2.3简单光照明模型概述第五十七页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.3.18.3.2Phong明暗处理技术Ground明暗处理技术

8.3光滑明暗处理技术第五十八页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.3光滑明暗处理技术为提高算法效率，光滑景物表面由一些多边形近似。使用通常的多边形扫描线算法来绘制这种近似表示的物体，则生成的图形将失去原有曲面的光滑性，而呈现多面体状。原因:不同平面片之间存在不连续的法向量，导致由多个平面片表示的物体表面光亮度呈现不连续跃变

(a)(b)

光滑表面的多边形表示7123465存在问题第五十九页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.3光滑明暗处理技术解决方法Gouraud光亮度插值技术Phong法向量插值技术颜色插值矢量插值第六十页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.2.1Gouraud明暗处理技术基本思想将曲面表面某一点的光亮度做近似表示，近似值为该曲面的各多边形顶点光亮度的双线性插值算法步骤1）多边形各顶点光亮度计算2）光亮度线性插值扫描线I1V1V2V3I2I3AP(Ip)B一条扫描线与多边形的边相交，交线的两个端点分别是A和B，设P是交线上一象素中心，称为采样点。多边形三个顶点的光亮度分别为I1,I2和I3，取A点的光亮度IA为I1和I2的线性插值，B点的光亮度IB为I1和I3的线性插值，则P点的光亮度Ip为IA和IB的线性插值第六十一页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.2.1Gouraud明暗处理技术1）多边形各顶点光亮度计算法向量计算取和顶点关联的各多边形面片的平均法向量作为该顶点的法向量取多边形各顶点处原始曲面的真正法向量将法向量代入光照明模型进行光亮度计算。PN2N1N4PN3第六十二页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.2.1Gouraud明暗处理技术2）光亮度线性插值光亮度线性插值--在采用扫描线算法对多边形进行绘制时：先用多边形顶点的光亮度线性插值出当前扫描平面与多边形边界交点处的光亮度，然后再用交点的光亮度做线性插值求出多边形与扫描平面相交区段上每一采样点的光亮度值第六十三页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.2.1Gouraud明暗处理技术2）光亮度线性插值其中y为各点投影到屏幕之后的y轴坐标采用双线性插值计算P点的光亮度I1V1V2V3B

扫描线

AI2I3P

(Ip)其中x为各点投影到屏幕之后的x轴坐标第六十四页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.2.1Gouraud明暗处理技术2）光亮度线性插值－－提高计算效率为了进一步提高计算效率，线性插值可使用增量法进行计算，其计算量仅涉及一次加法计算。可沿扫描线，从左至右顺序计算AB区段上所有象素的光亮度设IA,IB已确定，P1和P2点是相邻两象素的坐标，相邻象素的插值参数之差为△t，那么，P2点光亮度IP2和P1点光亮度IP1之间有以下关系扫描线I1V1V2V3I2I3AP(Ip)B第六十五页，共七十三页，编辑于2023年，星期四8.2.1Gouraud明暗处理技术Gouraud明暗处理的缺点所绘制画面会诱发马赫带效应，虽然光亮度双线性插值保证了由多边形近似表示的曲面上各处光亮度的连续变化，但