第9章-phong光照模型课件

ComputerGraphics第九章第九章 简单光照明模型 ComputerComputerGraphicsGraphics生成连续色调的真实感图形的四个主要步骤：v用数学方法建立所构造三维场景的几何描述，并用数学方法建立所构造三维场景的几何描述，并将它们输入计算机。（造型）将它们输入计算机。（造型）v将三维几何描述转换为二维透视图。（投影）将三维几何描述转换为二维透视图。（投影）v确定场景中的所有可见面。（消隐）确定场景中的所有可见面。（消隐）v计算场景中可见面的颜色。（光照）计算场景中可见面的颜色。（光照）光照模型光照模型：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公式，从而在显示器上察者眼中的光亮度的大小和色彩组成的公式，从而在显示器上生成所显示的真实感图形。生成所显示的真实感图形。ComputerComputerGraphicsGraphics根据光学、物理学的知识，物体表面呈现的颜色是根据光学、物理学的知识，物体表面呈现的颜色是由由表面向视线方向辐射的光能表面向视线方向辐射的光能决定的。决定的。若物体表面向视线方向辐射的光中等量包含了所有波若物体表面向视线方向辐射的光中等量包含了所有波长的可见光，长的可见光，则物体表面将呈现白色、灰色或黑色，即为非彩色；则物体表面将呈现白色、灰色或黑色，即为非彩色；否则表面将呈现彩色。否则表面将呈现彩色。ComputerComputerGraphicsGraphics当光照到一个物体表面上时会产生反射光、透射光当光照到一个物体表面上时会产生反射光、透射光和转换成热量。和转换成热量。其中，其中，反射光和透射光的强弱决定了物体表面的明反射光和透射光的强弱决定了物体表面的明暗程度暗程度，而这些光中而这些光中所含不同波长光的比例则决定了物体表所含不同波长光的比例则决定了物体表面的颜色面的颜色。计算波长比例要涉及到光谱分析和光谱到颜色的转换，在计算机图形学中，我们不用这种方法来计算，而是采用较为简单的方法来计算物体的颜色值。也就是一些简单的光照模型简单的光照模型。ComputerComputerGraphicsGraphics光的特性v可见光波段中可见光波段中每一频率对应一种单独的颜色每一频率对应一种单独的颜色,其低频率端是红色其低频率端是红色,高频率端是紫色高频率端是紫色 。从低。从低频到高频的光谱颜色变化分别是红，橙，黄，频到高频的光谱颜色变化分别是红，橙，黄，绿，蓝，青和紫。绿，蓝，青和紫。可用光的可用光的波长波长()或频率（或频率（f f）来表示各种来表示各种颜色颜色 。ComputerComputerGraphicsGraphicsv除频率和波长以外，描述光的各种性质还需要其它一些特征。其中一组特征便是亮度和明度。v物体表面的亮度亮度与其周围环境的亮度无关。v表面的明度明度即人眼感知到的亮度与其周围环境的亮度相关。ComputerComputerGraphicsGraphicsv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。ComputerComputerGraphicsGraphicsv光的另外一个特征就是光的纯度（Purity）或叫饱和度(Saturation)。v纯度说明光的颜色表现得多纯。v淡的颜色说明不太纯。ComputerComputerGraphicsGraphics颜色模型v所谓颜色模型指的是某个三维颜色空间中的一个可见光子集，它包含某个颜色域的所有颜色。v采用颜色模型的目的是在某个颜色域中方便的指定颜色。ComputerComputerGraphicsGraphicsRGB模型v、分别取值、分别取值0 01 1，0 0255255三基色示意图彩色模型也称为加色模型彩色模型也称为加色模型,色彩来源于红、绿、蓝色彩来源于红、绿、蓝3 3种基本种基本色的不同亮度的叠加色的不同亮度的叠加,故称加色故称加色模型。模型。它主要用来描述发光设备它主要用来描述发光设备,如显如显示器、电视机、扫描仪等装置所示器、电视机、扫描仪等装置所表现的颜色。表现的颜色。ComputerComputerGraphicsGraphics9.1 9.1 简单光照明模型简单光照明模型用计算机在图形设备上生成连续色调的真实感图形必须完成四个基本的任务 建模建模投影变换投影变换可见性计算可见性计算可见面颜色可见面颜色用数学方法建用数学方法建立所构造三维立所构造三维场景的几何描场景的几何描述，并将他们述，并将他们输入计算机，输入计算机，这部分工作可这部分工作可由三维立体造由三维立体造型或曲面造型型或曲面造型系统来完成系统来完成将三维几将三维几何描述转何描述转化为二维化为二维透视图，透视图，这可通过这可通过对场景的对场景的透射变化透射变化来完成来完成确定场景中确定场景中的所有可见的所有可见面，这需要面，这需要使用隐藏面使用隐藏面消除算法将消除算法将视域之外或视域之外或被其他物体被其他物体遮挡的不可遮挡的不可见面消去。见面消去。计算场计算场景中可景中可见面的见面的颜色。颜色。ComputerComputerGraphicsGraphics9.1.1 光 源 光源称为发光体反射表面(如房屋的墙壁)则称为反射光源光源反射面通通常常在在一一个个不不透透明明且且不不发发光光的的物物体体表表面面所所观观察察到到的的光光线线是是其其反反射射光光，它它由由光光源源与与其其他他物物体体表表面面的的反反射射光所共同产生光所共同产生ComputerComputerGraphicsGraphics光源的几何形状 点光源，线光源，面光源和体光源光源向四周所辐射光的光谱分布漫反射:粗粗糙糙物物体体表表面面往往将反射光向各个方向散射。物体颜色实际上就是入射光线被漫反射后所表现出来的颜色。镜面反射:磨光物体表面磨光物体表面产生的高光或强光空间光亮度分布 在计算机图形学中，认为光源通常朝空间各个方向发射的光强是相同的。但实际情况常常不是这样，例如遮挡。光源的属性包括光源的属性包括ComputerComputerGraphicsGraphics9.1.2 9.1.2 材材 质质材质的颜色是由它所反射的光的波长决定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，部分被吸收物体表面的材质类型决定了反射光的强弱表面光滑较亮的材质将反射较多的入射光，而较暗的表面则吸收较多的入射光。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。ComputerComputerGraphicsGraphics 仅考虑光源直接照射在景物表面所产生的光照效仅考虑光源直接照射在景物表面所产生的光照效果果景物表面通常被假定为不透明，且具有均匀反射率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光照明模型光照明模型简单光照明模型简单光照明模型ComputerComputerGraphicsGraphics 光照明模型光照明模型光照效果ComputerComputerGraphicsGraphics 光照明模型光照明模型一个光照的球体ComputerComputerGraphicsGraphics光照产生的场景ComputerComputerGraphicsGraphicsv假设物体不透明v那么物体表面呈现的颜色仅由其反射光决定。v反射光组成环境反射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漫反射与镜面反射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。9.1.3 9.1.3 简单光照明模型简单光照明模型ComputerComputerGraphicsGraphics 环境反射光是由环境光在邻近物体上经过多次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。反射所产生的。光是来自四面八方的。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强度I Ia a，某一个可见物体在仅有环境光照明的条件下，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，分不出哪个地方亮，其上各点明暗程度完全一样，分不出哪个地方亮，哪个地方暗。哪个地方暗。1.1.环境反射光环境反射光ComputerComputerGraphicsGraphics I Ia a为物体的环境光反射亮度，为物体的环境光反射亮度，I Ip pa a为环境光亮度，为环境光亮度，k ka a为物体表面的环境光反射系数为物体表面的环境光反射系数(0(0k ka a1)1)环境反射光亮度可表示为：环境反射光亮度可表示为：ComputerComputerGraphicsGraphics 漫漫反反射射分分量量表表示示特特定定点点光光源源在在景景物物表表面面某某一一点点的反射光中那些的反射光中那些向空间各方向均匀反射出去的光向空间各方向均匀反射出去的光，表表面面对对入入射射光光在在各各个个方方向向上上都都有有强强度度相相同同的的反反射射，因因而而无无论论从从哪哪个个角角度度观观察察，这这一一点点的的光光亮亮度度都是相同的都是相同的。IpdIpdcosiiCBABC2.漫反射光ComputerComputerGraphicsGraphics对于一个漫反射体，表面的反射光亮度和光源对于一个漫反射体，表面的反射光亮度和光源入射角入射角（入射光线和表面法向量的夹角）（入射光线和表面法向量的夹角）的余的余弦成正比弦成正比I Id d为物体表面漫反射光的光亮度为物体表面漫反射光的光亮度I Ipdpd为光源垂直入射时反射光的光亮度为光源垂直入射时反射光的光亮度i i为光源入射角为光源入射角k kd d为为漫漫射射系系数数，决决定定于于表表面面材材料料及及入入射射光的波长光的波长(0(0k kd d1)1)IpdIpdcosiiCBABC这种反射光的计算用这种反射光的计算用郎伯余弦定律郎伯余弦定律ComputerComputerGraphicsGraphics由于由于A A点的光源入射角为零点的光源入射角为零,故发出的光亮度最大故发出的光亮度最大(为为I Ipdpd)而而B B和和B B的光亮度就弱些。的光亮度就弱些。由于由于C C和和C C的光源入射角为的光源入射角为9090。，故其表面光亮度为零。，故其表面光亮度为零。球面的明暗过渡曲线如图球面的明暗过渡曲线如图 (b)(b)所示所示光亮度Ipd简单漫反射模型用于球面(a)(b)CBABCIpdIpdcosiiCBABC球面球面的漫反射ComputerComputerGraphicsGraphicsN0:物体表面单位法向量L0:物体表面一点指向点光源的单位向量漫反射光计算式可表示为:N A i N0 入射光 L0 N L0 i N0ComputerComputerGraphicsGraphics镜面反射光为朝一定方向的反射光。根据光光的的反反射射定定律律，反反射射光光和和入入射射光光对对称称地地分分布于表面法向的两侧。布于表面法向的两侧。对对纯纯镜镜面面，入入射射至至表表面面面面元元上上的的光光严严格格地地遵遵循循光的反射定律单向反射出去光的反射定律单向反射出去,反射角与入射角相等。反射角与入射角相等。反射光反射光入射光入射光纯镜面纯镜面 (a)(a)3.镜面反射光ComputerComputerGraphicsGraphics 理想镜面反射理想镜面反射LNPRVLNPR粗糙表面的镜面反射粗糙表面的镜面反射一般光滑表面一般光滑表面镜面反射镜面反射LNPRComputerComputerGraphicsGraphics一般光滑平面一般光滑平面 (b)Nn大n小小表面实际上是有许多朝向不同的微小平面组成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的空间分布图 镜面反射 反射光入射光纯镜面纯镜面 (a)N反射光入射光一般光滑表面：一般光滑表面：ComputerComputerGraphicsGraphicsI Is s 为观察者接受到的镜面反射光亮度为观察者接受到的镜面反射光亮度I Ipsps为入射光的光亮度，为入射光的光亮度，为镜面反射方向和视线方向的夹角，介于为镜面反射方向和视线方向的夹角，介于0 0o o到到9090o o之间之间n n为镜面反射光的会聚指数为镜面反射光的会聚指数(与物体表面光滑度有关与物体表面光滑度有关)k ks s为镜面反射系数为镜面反射系数(与材料性质和入射光波长有关与材料性质和入射光波长有关)。图 镜面反射 纯镜面 (a)一般光滑平面 (b)N反射光入射光N反射光入射光n大n小小采用余弦函数的幂次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。ComputerComputerGraphicsGraphics镜面高光指数镜面高光指数较光滑的物体表面（如金属、玻璃等）光强的空间分布较集中，高光范围较小宜取较大的值（大于100或更大）粗糙的物体表面（如纸张、木材、粉笔等）光强的空间分布较分散，高光范围较大宜取较小的值（小于或接近于1）ComputerComputerGraphicsGraphics投投向向观观察察者者的的镜镜面面反反射射光光不不仅仅决决定定于于入入射射光光，而而且和观察者的观察方向有关。且和观察者的观察方向有关。当当视视点点取取在在镜镜面面反反射射方方向向附附近近时时，观观察察者者接接受受到到的的镜镜面面反反射射光光较较强强，而而偏偏离离这这一一方方向向观观察察时时，镜镜面面反射光就会减弱甚至消失。反射光就会减弱甚至消失。镜面反射的视点相关性镜面反射的视点相关性ComputerComputerGraphicsGraphics镜面反射光的会聚指数n 图 Phong光照明模型用于光滑球面时的情形IpsIpscosnE DE (a)(b)EDE 光亮度Ipd漫反射系数/镜面反射系数ComputerComputerGraphicsGraphics33可编辑ComputerComputerGraphicsGraphics图图 PhongPhong模型计算中涉及的各方向向量模型计算中涉及的各方向向量PVRNLi ka 环境反射系数kd漫反射系数ks镜面反射系数表示对所有特定光源求和 kd+ks=14.4.PhongPhong模型模型当光源有多个光源有多个时，则上式可写为：ComputerComputerGraphicsGraphics简单光照明模型简单光照明模型(Phong(Phong模型模型)PhongPhong模型模型基于基于RGBRGB三基色颜色系统的三基色颜色系统的PhongPhong模型模型光谱量对应的颜色可由用户直接指定光谱量对应的颜色可由用户直接指定一一旦旦反反射射光光中中三三种种分分量量的的颜颜色色以以及及它它们们的的系系数数k ka a,k kd d和和k ks s确确定定之之后后，从从景景物物表表面面上上某某点点达达到到观观察察者者的的反反射射光光颜颜色色就就仅仅仅仅和光源入射角和视角和光源入射角和视角有关，有关，因此，因此，PhongPhong模型实际上是纯几何模型模型实际上是纯几何模型。ComputerComputerGraphicsGraphics设L L0，N N0，R R0，V V0是与L L，N N，R R，V V相应的单位向量，则 R0NL0i图 R R0的表示N0L0iV0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cos。ComputerComputerGraphicsGraphicsH0为沿L和V的角平分线的单位向量,可理解为朝观察方向产生镜面反射的虚拟表面的法向量,H H和表面的实际法向量N N之间的角度反映了射向观察者的镜面反射光的大小。Phong模型成为 I=kaIpa+kdIpdEd+ksIpsEnsEd=(N N0L L0)为漫反射明暗度漫反射明暗度漫反射明暗度漫反射明暗度E Es=(N N0H H0)为镜面反射明暗度镜面反射明暗度镜面反射明暗度镜面反射明暗度LNHV在实际使用中在实际使用中,由于由于cos=(Rcos=(R0 0V V0 0)有时常用有时常用(N(N0 0H H0 0)来来代替。代替。ComputerComputerGraphicsGraphicsvPhong光照模型是真实感图形学中提出的第一个有影响的光照明模型v存在问题存在问题显示出的物体（如塑料）没有质感环境光是常量，没有考虑物体之间相互的反射光镜面反射的颜色是光源颜色，与物体的材料无关镜面反射的计算在入射角很大时会产生失真ComputerComputerGraphicsGraphics9.29.2光滑明暗处理技术光滑明暗处理技术产生真实感图形时，为提高算法效率，光滑景物表面由一些多边形近似。使用通通常常的的多多边边形形扫扫描描线线算算法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。原原因因:不不同同平平面面片片之之间间存存在在不不连连续续的的法法向向量量，导导致致由由多多个个平平面片表示的物体表面光亮度呈现不连续跃变面片表示的物体表面光亮度呈现不连续跃变 (a)(b)图 光滑表面的多边形表示7123465存在问题存在问题ComputerComputerGraphicsGraphics用用尽尽可可能能小小的的多多边边形形来来逼逼近近和和表表示示曲曲面面，使使光光照照效效果果中中存存在在的的不不连连续续的的光光亮亮度度跳跳跃变化小于人类视觉的分辨率跃变化小于人类视觉的分辨率GouraudGouraud光亮度光亮度插值技术插值技术PhongPhong法向量法向量插值技术插值技术解决方法解决方法ComputerComputerGraphicsGraphicsGouraud Gouraud 模型模型ComputerComputerGraphicsGraphicsPhongPhong模型模型ComputerComputerGraphicsGraphics扫描线扫描线9.2.1 Gouraud9.2.1 Gouraud明暗处理技术明暗处理技术将曲面表面将曲面表面某一点的光亮度某一点的光亮度做近似表示，做近似表示，近近似似值值取取为为该该曲曲面面的的各各多多边边形形顶顶点点光光亮亮度度的的双线性插值双线性插值。I1V1V2V3I2I3AP(Ip)B算法思想算法思想ComputerComputerGraphicsGraphics具体算法思想步骤具体算法思想步骤v对多边形网格中的每一个多边形：对多边形网格中的每一个多边形：v1 1）计算多边形的单位法矢量；）计算多边形的单位法矢量；v 2 2）计算多边形顶点的单位法矢量；）计算多边形顶点的单位法矢量；v 3 3）利用光照模型计算顶点的颜色；）利用光照模型计算顶点的颜色；v 4 4）在扫描线消隐算法中）在扫描线消隐算法中v 对对多边形顶点颜色多边形顶点颜色进行进行双线性插值双线性插值v 获得位于多边形内扫描线上各点的颜色获得位于多边形内扫描线上各点的颜色ComputerComputerGraphicsGraphics法向量计算法向量计算法一：近似计算，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法二：若已知生成该多面体的原始曲面，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将法向量代入光照明模型进行光亮度计算。N2N1N4PN3多边形各顶点光亮度计算多边形各顶点光亮度计算ComputerComputerGraphicsGraphics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 ComputerComputerGraphicsGraphics其中y为各点投影到屏幕之后的y轴坐标。其中x为各点投影到屏幕之后的x轴坐标。图 采用双线性插值计算P P点的光亮度I1V1V2V3B 扫描线 AI2I3P(Ip)ComputerComputerGraphicsGraphics亮度双线性插值扫描线x231ypab4ComputerComputerGraphicsGraphics采采用用GouraudGouraud明明暗暗处处理理不不但但可可以以克克服服由由多多边边形形近近似似表表示示的的曲曲面面的的光光亮亮度度不不连连续续现现象象，而而且且计计算算量量也很小。也很小。为为了了进进一一步步提提高高计计算算效效率率，线线性性插插值值可可使使用用增增量法进行计算，其计算量仅涉及一次加法计算。量法进行计算，其计算量仅涉及一次加法计算。ComputerComputerGraphicsGraphics可可沿沿扫扫描描线线，从从左左至至右右顺顺序序计计算算ABAB区区段段上上所所有有象素的光亮度。象素的光亮度。设设I IA A,I IB B已已确确定定，P P1 1和和P P2 2点点是是相相邻邻两两象象素素的的坐坐标标，相相邻邻象象素素的的插插值值参参数数之之差差为为t t，那那么么，P P2 2点点光光亮度亮度I IP P2 2和和P P1 1点光亮度点光亮度I IP P1 1之间有以下关系：之间有以下关系：这这种种增增量量方方式式的的光光亮亮度度计计算算使使得得GouraudGouraud明明暗暗处理广泛用于速度要求较高的应用领域，处理广泛用于速度要求较高的应用领域，如如飞飞行行模模拟拟、动动画画设设计计及及CADCAD领领域域的的快快速速显显示示等。等。ComputerComputerGraphicsGraphics不能正确地模拟高光不能正确地模拟高光 这是因为采用这是因为采用光亮度插值后光亮度插值后光亮度插值后光亮度插值后将使多边形内的高光丢失。将使多边形内的高光丢失。所绘制画面会诱发马赫带效应诱发马赫带效应 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，但在相邻多边形的公共边界上光亮度的一阶导数相邻多边形的公共边界上光亮度的一阶导数并不连续，并不连续，由于人眼的光学错觉，光亮度变化一阶不连续的边界处光亮度变化一阶不连续的边界处会呈现亮带或黑带，即会呈现亮带或黑带，即马赫带效应马赫带效应。克服这些缺点的一种方法是采用Phong明暗处理GouraudGouraud明暗处理的缺点明暗处理的缺点ComputerComputerGraphicsGraphics9.2.2 Phong9.2.2 Phong明暗处理技术明暗处理技术 它的基本思想是对多边形顶点对多边形顶点处处（平均）（平均）法向量做双线性插值，法向量做双线性插值，以增加一定的计算量为代价克服了Gouraud明暗处理的缺点。Phong明暗处理能正确地模拟高光并能大大减轻马赫带效应。也可采用扫描线双线性插值方法N N3ANAN N2BNBN1V1V2V3图 Phong明暗处理NPPComputerComputerGraphicsGraphicsvPhongPhong明暗处理步骤明暗处理步骤 1 1）计算多边形的单位法矢量；）计算多边形的单位法矢量；2 2）计算多边形顶点的单位法矢量；）计算多边形顶点的单位法矢量；3 3）在扫描线消隐算法中）在扫描线消隐算法中 对对多边形顶点法矢量多边形顶点法矢量进行进行双线性插值双线性插值 获得位于多边形内的扫描线上各点的法矢量；获得位于多边形内的扫描线上各点的法矢量；4 4）利用光照模型计算各点的颜色）利用光照模型计算各点的颜色ComputerComputerGraphicsGraphics同Gouraud明暗处理中的双线性插值方法类似也可采用前述的增量法。优点：绘制的图形比Gouraud方法更真实缺点：计算量远大于Gouraud方法 Phong明暗处理ComputerComputerGraphicsGraphics小结光照模型分为简单光照模型和整体光照模型。光照模型分为简单光照模型和整体光照模型。简单光照模型仅考虑简单光照模型仅考虑光源直接照射在景物表面所产生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的，且具的光照效果，景物表面通常被假定为不透明的，且具有均匀的反射率。有均匀的反射率。简单光照模型能表现出简单光照模型能表现出由光源直接照射在漫射表面上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，具有一定的真实感效果。相遮挡而形成的阴影等，具有一定的真实感效果。ComputerComputerGraphicsGraphics整体光照模型整体光照模型除了考虑上述因素外，除了考虑上述因素外，还要考虑还要考虑周围环周围环境对景物表面的影响。例如出现在镜面上的其他景物境对景物表面的影响。例如出现在镜面上的其他景物的映像，通过透明面可观察到后面的景物等。的映像，通过透明面可观察到后面的景物等。整体光照模型能模拟出整体光照模型能模拟出镜面映像、光的折射以及相邻镜面映像、光的折射以及相邻景物表面之间的色彩辉映等较为精致的光照明效果。景物表面之间的色彩辉映等较为精致的光照明效果。光滑明暗处理技术有光滑明暗处理技术有GouraudGouraud光亮度插值光亮度插值技术和技术和PhongPhong法向量插值法向量插值技术，但他们都是基于简单的技术，但他们都是基于简单的PhongPhong光照光照模型来进行的。模型来进行的。ComputerComputerGraphicsGraphicsv判断视点、光源以及物体之间的位置关系判断视点、光源以及物体之间的位置关系 从视点可见，从光源也可见从视点可见，从光源也可见从视点可见，从光源不可见从视点可见，从光源不可见 相对于部分光源可见，相对于另一部分光源不可见相对于部分光源可见，相对于另一部分光源不可见9.39.3阴影处理概述阴影处理概述ComputerComputerGraphicsGraphicsv当观察方向与光源方向重合时当观察方向与光源方向重合时观察者看不到任何阴影可以不进行阴影测试v当观察方向与光源方向不一致当观察方向与光源方向不一致v或光源多且光源体制比较复杂时或光源多且光源体制比较复杂时必须进行阴影处理 ComputerComputerGraphicsGraphicsv阴影由两部分组成阴影由两部分组成本影本影任何光线都照不到的区域呈现为全黑的轮廓分明的区域 半影半影 可接收到分布光源照射的部分光线的区域 通常位于本影周围，呈现为半明半暗的区域 本半区影区影区影无光源面光源照射形成的本影与半影ComputerComputerGraphicsGraphicsv点光源点光源只能产生本影只能产生本影v位于有限距离内的分布光源位于有限距离内的分布光源可同时产生本影和半影可同时产生本影和半影需要的阴影计算量大ComputerComputerGraphicsGraphics计算阴影的过程计算阴影的过程v相当于两次消隐过程相当于两次消隐过程对每个光源进行消隐对每个光源进行消隐对视点的位置进行消隐对视点的位置进行消隐v好处好处改变视点位置改变视点位置，第一次消隐过程不必重新计算，第一次消隐过程不必重新计算ComputerComputerGraphicsGraphicsv产生的本影包括产生的本影包括自身阴影面自身阴影面假设视点在点光源位置，用假设视点在点光源位置，用背面剔除背面剔除的方法求出的方法求出投射阴影投射阴影从光源向物体的所有可见面投射光线从光源向物体的所有可见面投射光线将这些面投影到场景中得到投影面将这些面投影到场景中得到投影面将这些投影面与场景中其它平面求交线，可得阴影多边形将这些投影面与场景中其它平面求交线，可得阴影多边形 自身阴影自身阴影投射阴影投射阴影ComputerComputerGraphicsGraphicsComputerComputerGraphicsGraphics64可编辑