基本光照模型
漫反射模型(lambert模型)
環境光:iambdiff=kd*ia,其中ia 表示環境光強度,kd (0< kd
<1)為材質對環境光的反
射係數,iambdiff是漫反射體與環境光互動反射的光強。
方向光:ildiff = kd * il * cos(θ),其中il是入射角,ildiff是漫反射體與方向光互動反射
的光強。cos(θ)又等價於(點乘),其中是頂點的單位法向量,是頂點指
向光源的單位向量。
最後,將環境光與方向光綜合,lambert模型可寫成:
idiff = iambdiff+ ildiff = kd* ia+ kd * il*
鏡面反射模型(phong模型)
phong模型認為鏡面反射的光強與反射光線和視線的夾角相關:
ispec = ks * il*
其中,ks為鏡面反射係數,ns為高光指數,v表示從頂點到視點方向的單位向量,r表示反射光方向的單位向量。r可通過和l求出,
r=2-l
所以最終模型為:
ispec=
修正鏡面光模型(blinn-phong光照模型)
blinn-phong是乙個基於phong模型修正的模型,其公式為:
ispec = ks * il*
其中n是入射點的單位法向量,h是光入射方向l和視點方向v的中間向量,通
常也稱之為半形向量(半形向量被廣泛用於各類光照模型,原因不但在於半形向量
蘊含的資訊價值,也在於半形向量是很簡單的計算:h= (l+v) / |l+v| 。
漫反射與鏡面反射的合併
對於單個點光源:
i=idiff+ispec= kd* ia+ kd* il *+ks* il *
對於多個點光源:
i= kd * ia +
光線跟蹤
由於從光源發出的光線有無窮多條,使得直接從光源出發對光線進行跟蹤變得非常困難。實際上,從光源發出的光線只有少數經由場景的反射和透射(折射)後到達觀察者的眼中。為此標準光線跟蹤演算法採用逆向跟蹤技術完成整個場景的繪製。
光線跟蹤思路:從視點出發,通過影象平面上每個畫素中心向場景發出一條光線,光線的起點為視點,方向為畫素中心和視點連線單位向量。光線與離視點最近的場景物體表面交點有三種可能:
1. 當前交點所在的物體表面為理想漫射面,跟蹤結束。
2. 當前交點所在的物體表面為理想鏡面,光線沿其鏡面發射方向繼續跟蹤。
3. 當前交點所在的物體表面為規則透射面,光線沿其規則透射方向繼續跟蹤。
按以上的思路逐個將相交的面加入到乙個二叉光線跟蹤樹中。
輻射度光照模型
基本輻射度模型:
bk=ek = ek
其中,為表面j和k的形狀因子,它是表面j到達表面k的輻射能與離開表面j的輻射能的比率。hk為單位時間,單位面積上到達表面k的閉包內所有表面的輻射能總和。bk為單位面積離開表面k的輻射能總速率。
逐步求精的輻射度方法:
偽**如下:
for each patch k
foreach patch j
db[k]=0;
明暗處理
gouraud明暗處理:又稱強度插值表面繪製。通過將在照明物件的表面上將光強進行線性插值來繪製多邊形表面。使用時,需要進行以下計算:
1. 確定每個多邊形的頂點處的平均單位法向量
2. 對於每個頂點根據光照模型來計算其光強度
3. 在多邊形投影區域對頂點強度進行線性插值
phong明暗處理:又稱法向量插值繪製,與gouraud方法不同,通過對法向量插值取代強度插值。其結果更精確,高光更真實,但需要更多計算。
1. 確定每個多邊形的頂點處的平均單位法向量
2. 在多邊形投影區域上對頂點法向量進行線性插值
3. 根據光照模型,使用插值的法向量,沿每條掃瞄線計算投影畫素的光強
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