• 第一步：建立三维场景（建模）；
• 第二步：消隐解决物体深度的显示及确定物体之内的相互关系；
• 第三步：在解决了消隐问题之后，在可见面上进行明暗光泽的处理，然后进行绘制（渲染）。

• RGB 颜色工业模型

                   

• 其它颜色工业模型

• 颜色视觉模型

•  色调(Hue)：由物体反射光线中占优势的波长决定的，是彩色互相区分的基本特性。
• 饱和度(Saturation)或彩度：彩色的深浅程度，它取决于彩色中白色的含量。饱和度越高，彩色越深，白色光越少。
• 亮度(Illumination)：光波作用于感受器所发生的效应，它取决于物体的反射系数。反射系数越大，物体亮度越大

        

• 低(0%～20%)，不管色调如何而产生灰色；
• 中(40%～60%)，产生柔和的色泽(pastel)；
• 高(80%～100%)，产生鲜艳的颜色(vivid color)。

• 取值范围从0%(黑)～100%(最亮)；
• 强度也指明度(value)或光亮度(lightness或Brightness) 。

• 其他颜色视觉模型

     

• 光的传播规律

                                    

              

• 能量关系

                              

                                         

• 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

• 三维物体通常用多边形（ 三角形 ）来近似模拟 。
• 由于每一个多边形的法向一致，因而多边形内部的象素的颜色都是相同的，而且在不同法向的多边形邻接处，光强
  突变，使具有不同光强的两个相邻区域之间的光强不连续性 ( 马赫带效应 ) 。

• Gouraud明暗处理 ( 双线性光强插值算法 )
• Phong明暗处理 ( 双线性法向插值算法 )

                     

        

  

• 与 Gouraud 明暗处理的区别           双线性光强插值 ？    === >   双线性法向插值
• 以时间为代价，引入镜面反射，解决高光问题

• 计算每个多边形顶点处的平均单位法矢量，这一步骤与Gouraud明暗处理方法的第一步相同。
• 用双线性插值方法求得多边形内部各点的法矢量。
• 最后按光照模型确定多边形内部各点的光强。

• 两种增量式光照模型比较

• 增量式光照模型总结

• 双线性光强插值（Gouraud模型）能有效的显示漫反射曲面，计算量小，速度快。
• 双线性法向插值（Phong模型）可以产生正确的高光区域，但是计算量要大的多。

• 增量式光照明模型的不足
  
  • 物体边缘轮廓是折线段而非光滑曲线
  • 等间距扫描线会产生不均匀效果
  • 插值结果取决于插值方向
    

• 局部光照模型：仅处理光源直接照射物体表面的光照模型。
• 简单光照模型是一个比较粗糙的经验模型，不足之处：镜面反射项与物体表面的材质无关。
• 从光电学知识和物体微平面假设出发，介绍镜面反射与物体材质有关的普遍局部光照模型

               

                                                                  

• 微观情况下，物体表面粗糙不平 。

                                    

• 反射率计算
  • 微平面是理想镜面，反射率可用Fresnel公式计算，而粗糙表面的反射率与表面的粗糙度有关。

                        

• Torrance 和 Sparrow采用 Gauss分布函数模拟法向分布 ：

                

• 衰减因子G在局部光照明模型中也可以反映物体表面的粗糙程度。
• 衰减因子是由于微平面的相互遮挡或屏蔽而产生的
• 微平面相互遮挡的光衰减因子G，有三种情况：

     

• 入射光能量Ei ,可用入射光的光强 Ii 和单位面积向光源所张的立体角 d w表示为 :   

• 反射率系数可表示为漫反射率与镜面反射率的代数和：

     

• 局部光照模型表示

      

• 局部光照模型的优点 ：

• 相对于简单光照模型而言
  • 基于入射光能量导出的光辐射模型
  • 反映表面的粗糙度对反射光强的影响
  • 高光颜色与材料的物理性质有关
  • 改进入射角很大时的失真现象
  • 考虑了物体材质的影响，可以模拟磨光的金属光泽

                                           

• 简单和局部光照模型不能很好地模拟光的折射、反射和阴影等，也不能用来表示物体间的相互光照影响 。
• 整体光照模型是更精确的光照模型，主要有光线跟踪 和 辐射度两种方法 。 

• 该光线未碰到任何物体
• 该光线碰到了背景
• 光线在经过许多次反射和折射以后，就会产生衰减，光线对于视点的光强贡献很小
• 光线反射或折射次数即跟踪深度大于一定值
                

• 光线跟踪方法由于要进行大量的求交运算，且每一条射线都要和所有的物体求交，因此效率很低，需要耗费大量的计算时间。
• 光线跟踪方法可以进行加速。

• 提高求交速度：针对性的几何算法、...
• 减少求交次数：包围盒、空间索引、...
• 减少光线条数：颜色插值、自适应控制、...
• 采用广义光线和采用并行算法等
  

   

                                      

  

     

• 自身阴影：由于物体自身的遮挡而使光线照射不到它上面的某些面；
• 投射阴影：由于物体遮挡光线，使场景中位于它后面的物体或区域受不到光照射而形成的。

                          

• 这种方法的主要思想是使用Z缓冲器算法，从投射阴影的光源位置对整个场景进行绘制 。
• 这时，对于Z缓冲器的每一个象素，它的z深度值包括了这个象素到距离光源最近点的物体的距离。一般将Z缓冲器中的整个内容称为阴影图（Shadow Map），有时候也称为阴影深度图 。

                           

• 为了使用阴影图，需要对场景进行二次绘制，不过这次是从视点的角度来进行的  。
• 在对每个图元进行绘制的时候，将它们的位置与阴影图进行比较，如果绘制点距离光源比阴影图中的数值还要远，那么这个点
  就在阴影中，否则就不在阴影中  。

七 、其他与支持

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