图形学期末复习

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1、第一章 1、图形：图形都是真实物体或想象物体的可视化显示与表示。计算机图形包括点、线、面、体、明暗、灰度、色彩、颜色、材质2、图像：是记录在介质上面客观对象的映像。3、计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科 。4、计算机图形学研究内容:建模：在计算机图形学，建模与表示是一个通用词汇，用于建立物体的三维计算机图形学表示，即用于表示物体的技术、方法或数据结构，其最终产品并不是二维图像而是真实的三维物体。绘制：该术语来自艺术领域，这里主要指对建模表示后的物体进行可视化，即根据三维计算机模型生成带阴影的图像。动画：利用图像序列，产生物体运动的视觉效

2、果的一种技术，这里也要用到建模和绘制，但控制时间这个关键问题在基本建模和绘制中一般是不考虑的。5、 计算机图形学相近领域: 人机交互：在输入设备（如鼠标、写字板等）、应用程序和以图形或者其他感官方式向用户发送的反馈之间建立接口。 虚拟现实：试图让用户置身于三维虚拟世界。为了产生这种效果，系统至少有立体显示，并对头部运动产生反应。真正的虚拟现实系统还要有声音反馈和力反馈。 可视化：试图通过视觉显示让用户看得更明白。6、 相关技术a) 基于图形设备的基本图形元素生成算法b) 图形变换与裁剪 c) 几何造型技术d) 图形信息的存储、检索和交换技术e) 人机交互及用户接口技术f) 动画技术g) 图形输

3、出设备与输出技术h) 图形标准和图形软件包的研究开发7、 计算机图形学与相关学科的关系:8、 计算机图形学应用领域计算机辅助设计与制造 CAD&CAM计算机仿真和模拟 Simulation娱乐动画 Movie &Game地理信息系统 GIS 表现在：遥感图像信息的自动提取，地理系统建模，地理信息的智能分析，地表系统的仿真虚拟现实Virtual Reality9、 计算机图形学的发展a) 诞生(1950-1960 ) 旋风I号计算机的诞生，类似于示波显示器阴极射线管(CRT)来显示一些简单图形b) 线框图形学（1960-1970）特点是利用直线、曲线等线条来表示物体对象。c) 光栅图形学（197

4、0-1980） 充分利用区域填充来表现线框条所不能表现的复杂对象。d) 真实感图形学（1980-1990） 简单光照模型 Phong模型e) 实时计算机图形学（1990-今） 是在当前图形算法和硬件条件的限制下提出的在一定的时间内完成真实感图像绘制的技术。图形图像比较：比较内容图形图像基本元素矢量元素如直线、圆等像素存储数据各个矢量的参数(属性)各个像素的灰度/颜色分量实例工程图样照片应用领域计算机辅助设计图像处理第二章1、图形系统=硬件设备+相应的软件设备图形硬件：图形输入设备，图形输出设备（图形显示设备、图形绘制设备）图形软件：图形应用软件（图形生成软件、图形处理软件、图形用户接口） 图形

5、支撑软件（功能子程序、OS图形扩展、图形设备驱动程序） 图形应用数据结构（图形数据文件、图形基元模型、几何描述数据）常用图形输入设备：键盘、鼠标、光笔、跟踪球、空间球、操纵杆、数字化仪特殊应用输入设备：数据手套、触摸屏、图像扫描仪、声频输入系统、视频输入系统。常用图像输出设备：CRT显示器(光栅扫描、刷新式随机扫描、存储管式随机扫描图形显示器)、其他显示器（LCD液晶、LED发光二极管、激光、等离子显示器）图形硬拷贝设备：绘图仪、图形打印机、其他设备（复印输出、录像、缩微胶片输出设备）2、图形系统分三类：用于专业图形工作站的图形系统；用于PC的图形系统；用于嵌入式设备的图形系统；3、常见的显示

6、硬件设备：CRT阴极射线管、LCD液晶显示器、等离子显示器。4、图形显示方式：随机扫描显示、直视存储管式显示、光栅扫描显示。5、基本的图形硬件流水线像素处理阶段几何处理阶段用户程序图元二维屏幕坐标6、每阶段任务：(1)用户程序阶段一般是把数据以图元的形式提供给图形硬件(2)几何处理阶段以每个顶点为基础对几何图元进行处理，并从三维坐标变换为二维坐标的过程(3)在光栅阶段，屏幕对象先是被传送到像素处理器进行光栅化，再对每个像素进行着色，再输出到帧缓冲区，最后输出到屏幕。7、图形支撑软件 第一层次是面向系统的，主要解决图形设备与计算机的通讯接口等问题，称为设备驱动程序，包括一些最基本的输入、输出程序

7、，事实上，设备驱动程序现在已被作为操作系统一部分，由操作系统或设备硬件厂商开发；第二层次是建立在驱动程序之上，完成图元的生成、设备的管理等功能，目前这个层次上的图形支撑软件已经标准化，如GKS、PHIGS、CGI等；第三层次是在中间层基础上编写的，其主要任务是建立图形数据结构，定义、修改和输出图形，它是面向用户的，要求具有较强的交互功能，使用方便，风格好，概念明确，容易阅读，便于维护和移植，OpenGL、DirectX便属于这一层次的软件。OpenGL是一个工业标准的三维计算机图形软件接口，是一个跨平台的开放式图形软接口。包含几个库：核心库、实用程序库、X窗口系统扩展库、windows专用函数

8、库、编程辅助库。第三章3.1 直线的光栅化通常用于直线光栅化的算法有数值微分法（DDA）、中点画线法和Bresenham画线算法。3.11 DDA画线算法DDA是根据直线的微分方程来画直线的 缺点：计算量大1.斜率的绝对值小于1，每次沿x方向增加或减少一个单位2.斜率的绝对值大于1，每次沿y方向增加或减少一个单位3.12 中点画线算法 中点画线算法：假设直线的斜率在0到1之间，若直线在x方向上增加一个光栅单位，则在y方向上的增量只能在0到1之间。设P（x,y）是直线上的一点，与P点最近的网格点为（xi, yi）,那么，下一个与直线最近的像素只能是正右方的网格点PB（xi+1, yi）或右上方的

9、网格点PT（xi+1,yi+1）两者之一。再以点M（xi+1, yi+0.5）表示PB和PT的中点，设Q是直线与垂直线x= xi+1的交点。显然，若M在Q的下方，则PT离直线较近，应取PT为下一个像素点，否则应取PB做为下一个像素点，这就是中点画线算法的基本思想。 3.13Bresenham画线算法Bresenham画线算法原理:过各行各列像素中心构造一组虚拟网格线，按直线从起点到终点的顺序计算直线与各垂直网格线的交点，然后确定该列像素中与此交点最近的像素。若st，则Si比较靠近理想直线，应选Si;若st，则Ti比较靠近理想直线，应选Ti。3.2 圆的光栅化 中点画圆算法中点画圆算法的基本原理

10、是：假设点P（xp,yp）为圆弧上一点，那么，下一个与圆弧最近的像素点只能是正右方的点P1（xp+1,yp）或右下方的点P2(xp+1,yp-1)。令M为P1和P2的中点，易知M的坐标为（xp+1,yp-0.5）。显然，若M在圆内，则P1离圆弧近，应取为下一个像素点；否则应取P2作为下一个像素点。Bresenham画圆算法 Bresenham画圆算法的基本原理是若Pi-1（xi-1,yi-1）为已经选定的点，那么下一个可能的像素点为其正右方的点Si或右下方的点Ti。若Si到圆弧的距离小于Ti到圆弧的距离，则取Si ，反之取 Ti。3.3 区域填充 P44多边形填充算法多边形的表示方法：顶点表示

11、和点阵表示多边形填充的方法通常有两种：射线法，累计角度法。射线法：从V点发出射线与多边形P的边相交，若交点的个数为奇数，则V位于P内；若为偶数 则V位于P外。 累计角度法：角度和为0 点在外部，和为2 pi 点在内部扫描线算法是效率比较高的多边形填充方法。利用了区域的连续性，扫描线的连续性和边的连续性等3种连续性。通常是考 大题计算题：(8分)如图所示多边形，采用扫描线算法进行填充，画出边表和活性边表。数据结构对应的顺序为： ymax；x；deitax；*next（下一个指针）答案：边填充算法边填充算法的基本原理：对每一条扫描线，依次求与多边形各条边的交点，将该扫描线上交点右边的所有像素求补，

12、并对多边形的每条边按一定的顺序（逆时针、顺时针均可）做此处理。栅栏填充算法的基本原理是：对于每条扫描线与多边形的交点，将交点与栅栏之间的扫描线上的像素取补，也就是说，若交点位于栅栏左边，则将交点之右、栅栏之左的所有像素取补；若交点位于栅栏之右，则将栅栏之右、交点之左的所有像素取补。 种子填充算法 P52扫描线种子填充算法的基本思想是：从给定的种子点开始，填充当前扫描线上种子点所在的区间，然后确定与这一区间相邻的上下两条扫描线上需要填充的区间，从这些区间上各取一个种子点并依次把他们保存起来，作为下次填充的种子点，反复进行这个过程，直到所保存的各区间都填充完毕。借助于堆栈，扫描线种子填充算法可由以

13、下4个步骤来实现。（重点）1）将算法设置堆栈置为空，将给定的种子点（x,y）压入堆栈；2）如果堆栈为空，算法结束；否则取栈顶元素（x,y）作为种子点；3）从种子点（x,y）开始，沿纵坐标为y的当前扫描线向左右两个方向逐个像素用新的颜色值进行填充，直到边界为止。设区间两边界的横坐标为x_left,x_right。4）在与当前扫描线相邻的上下两条扫描线上，以区间x_left,x_right为搜索范围，求出需要填充的各个小区间，把各个小区间中最右边的点作为种子点压入堆栈中，转到步骤2）。3.4 字符表示常用字符：ASCII 美国信息交换用标准代码 中华人民共和国国家标准信息交换编码 GB 3212-

14、80字符的图形两种表示方法：点阵表示、矢量表示。3.5 反走样（必考1分）对图形进行光栅化时，用离散的像素显示连接空间中定义的对象。这种用离散量表示连续量时引起的失真现象称为走样；用于减少或消除走样的技术成为反走样。光栅图形的走样现象：产生阶梯状、图形的细节失真、狭小图形遗失反走样技术：提高分辨率的反走样算法、线段反走样算法、多边形反走样算法 第四章 实体造型与曲线曲面在工程上经常遇到的曲线和曲面有两种，一种是简单曲线和曲面，一般为拋物线、双曲线、椭圆线等，如自由物体在空中的运动轨迹，磁力线等，这些曲线可以用函数方程或参数方程直接给出；另一种是形状较为复杂，如汽车的车身、高速公路的路线等难以用

15、二次方程描述的曲线，称为自由曲线，一般采用二次混合曲线或三次曲线表示。（书P66）一、曲线的表示形式参数方程是表示曲线或曲面的主要形式，用它表示具有如下优势：1 方程所描述的曲线的形状本质上与坐标系无关，即曲线的形状只决定于给定点列之间的关系。参数方程把所有坐标分量均作为参数的函数，使不含坐标值的自变量与所有因变量(各坐标分量)完全分开。2 容易确定曲线的边界。无论曲线有多长，其参数的区间都可以固定到一个范围，如一般采用规格化区间0,1，其参数为0或为1就代表了曲线的边界。3 曲线的绘制简单。当参数t从0变化到1时，由t值求出的点序列组成的联机就是方程代表的曲线。4 易于变换。对参数方程表示的

16、曲线或曲面进行几何变换或投影变换，只需要对方程的系数变换即可,计算量小。5 易于处理斜率无穷大的情形。非参数方程用斜率表示曲线的变化率，碰到斜率为无穷大的问题就不好解决；而参数方程采用切向量来表示变化率，不会出现无穷大的情形。（书P66P67）二、曲线的连续性工程上所用到的曲线一般要求为平滑的样条曲线。样条曲线是由多项式曲线段连接而成的曲线，要求相邻线段的边界处满足特定的连续性条件。10阶连续：记为C0，是指两个相邻线段S1（t1）和S2（t2）在连接处的位置连续，即S1（1）= S2（2）。21阶连续，是指相邻两个曲线段S1（t1）和S2（t2）不仅满足C0连续，而且在连接处的一阶导数成正比

17、，即S1 （1）= kS2（0） （k为任意实数）若k=1时，即S1（t1）的末端切矢与S2（t2）的首端切矢方向相同，长度相等，记为C1；若k1时，S1（t1）的末端切矢与S2（t2）的首端切矢方向相同，长度不同，记为G1。32阶连续，是指两个相邻曲线段不仅满足连续，而且满足条件，即Sn2（0）= a Sn1 （1）+b Sn2（1）（a，b均为任意实数）记为G2连续；当a=1，b=0时，Sn2 （0）= Sn1 （1），记为C2。（书P67）三、三次参数曲线1Hermite曲线是通过给定曲线的两个端点的位置向量P0、P1以及两个端点处的切线向量R0、R1来描述曲线的，如图（1）三次Herm

18、ite曲线的参数方程三维空间中的自由曲线用三次参数方程表示可以用下面的形式：详见书P67P69，理解它的推导公式以及如何推矩阵。2Bezier曲线Bezier曲线是通过一组多边形的顶点来定义的，该多边形又称Bezier曲线的控制多边形，其顶点称为控制点。常用的三次Bezier曲线如图详见书P72P74，考试时可能会给我们总的公式，然后要依据这个公式推出二次、三次Bezier曲线。Bezier曲线的性质：（1）端点性质（2）对称性（3）凸包性（4）几何不变性 几何不变性指Beizer曲线的形状不随坐标变换而变化的特性。Beizer曲线的形状只与各控制顶点的相对位置有关。因此，在对Bezier曲线

19、进行几何变换时，不需要对曲线上的所有点都进行处理，只要先对各控制顶点进行几何变换，然后重新绘制曲线就可以了。 （书P74P75）3B样曲线Bezier曲线不能做局部修改，B样曲线可以局部修改，曲线形状更趋近于特征多边形。B样条曲线的定义：二次、三次B样曲线及其性质，详见书P78P81，其中局部性比较重要。B样曲线主要考填空与判断题。四、双三次参数曲面1Coons曲面三次Coons曲面是以Hermite曲线的形式定义的。2Bezier曲面Bezier曲面一定过边上的控制点，它与Bezier曲线类似，Bezier曲面片是由特征多面体的顶点决定的。3B样条曲面B样条曲面不过端点，它是B样条曲线的扩展

20、，也是由空间中的特征多面体中的各顶点决定的。（书P84P88） 第五章 图形变换与观察一二维几何变换（P92）：比例变换旋转变换 对称变换 平移变换错切变换1.齐次坐标（P95）：旋转变换 平移变换 对称变换2.二维复合变换：（P96-97）的相对任意直线为对称轴的对称变换3.三维复合变换（P101-102）4.投影变换：投影的分类 ：平行投影和透视投影5.三维观察流程6.裁剪常用的方法：射线法 累计角度法 叉积符号法Cohen-Sutherland编码裁剪算法（学会判断是在窗口内还是窗口外）7.OPENGL图形变换Opengl中的物体坐标一律采用齐次坐标（x，y，z，w）所有变换矩阵都采用4

21、*4矩阵平移函数 void glTranslatefd(TYPE x,TYPE y,TYPE z)旋转函数void glRotatefd(TYPE angle x,TYPE y,TYPE z)比例,反射函数void glScalefd(TYPE x,TYPE y,TYPE z)第六章定位基本交互技术包括定位、选择、数值输入、文本输入及三维交互 。定位是指向应用程序所描述的二维空间或三维空间中指定一个点的坐标。定位的方式有两种，一种方式是将定位光标移动到确定的位置按一下键，另一种方式就是用命令输入点的坐标。选择选择，也就是图形拾取。点拾取指在待选中的图形附近位置上按下鼠标键或键盘键来发送选中命令

22、拾取方法：点拾取、线拾取、多边形线拾取6.2 高级交互技术a分组与图层b几何约束主要包括定位约束、方向约束和规则性约束c拖动、旋转、缩放和形变d橡皮筯e 双缓存f全图的漫游、缩放g三维交互第七章7.1、消隐的概述消除隐藏线或隐藏面的过程称为消隐处理，简称消隐。消隐不仅与消隐对象有关，还与观察者的位置有关。 按消隐的对象分类 线消隐（Hidden-line） 面消隐（Hidden-surface） 按消隐空间分类 物体空间消隐算法 图像空间消隐算法2、消隐基本原则：排序、连贯性。7.3多面体的消隐算法1、实现凸多面体消隐算法实现的一般步骤：（1）根据表面的数据结构，取顶点数据，计算表面的外法线矢

23、量。（2）计算外法线在投影方向上的分量的值。 （3）根据分量的值判断表面的可见性。（4）若表面可见画出该表面，否则处理下一个表面。2、深度缓冲器算法（Z缓冲器算法）（1）基本思想是： 将投影平面每个像素所对应的所有面片（平面或曲面）的深度进行比较，然后取离视线最近面片的属性值作为该像素的属性值（2）Z缓冲器算法的最大优点 ：可以轻而易举地处理隐藏面以及显示复杂曲面之间的交线。（3）主要缺点 ：深度数组和属性数组需要占用很大的内存。 （4）算法步骤： 深度缓冲器所有单元均置为最小z值，帧缓冲器各单元均置为背景色，然后逐个处理多边形表中的各面片。 每扫描一行，计算该行各像素点（x，y）所对应的深度

24、值z（x，y），并将结果与深度缓冲器中该像素单元所存储的深度值ZB（x，y）进行比较。 若zZB（x，y）,则ZB（x，y）= z，同时将该像素的属性值I（x，y）写入帧缓冲器，即FB（x，y）= I（x，y）；否则不变。3、 扫描线消隐算法 P146（1）基本思想：依顺序处理每一条扫描线，处理当前扫描线时，设计一个一维数组作为当前扫描线的深度缓冲区(ZB)。首先找出扫描线与投影到屏幕上的所有多边形的相交区间，对每个相交区间上的各像素利用连贯性计算其深度Z值，并与ZB中的值比较，以决定各区间点的像素颜色，并将其写入帧缓冲区(FB)。(2) 特点1)扫描线消隐算法不仅用于多边形的消隐，还可扩展应

25、用到任意曲面体的消隐。2)在任意曲面体的消隐中，需要将多边形表PT改为曲面表ST，活动边表改为活动曲面表。3)扫描转换时，当进入下一条扫描线，需删除那些已脱离扫描线的多边形结点，并增加一些新加入的多边形结点。4、 画家算法的基本思想 P150(1)先把屏幕置成背景色。(2)将画面中的物体（面）按其距离观察点的远近进行排序，结果存放在一张线形表中。距观察点远者称其优先级高，放在表头，距观察点近者称其优先级低，放在表尾，这张表称为深度优先级表。(3)按照从表头到表尾（由远到近）的顺序逐个绘制物体。 (判断) 画家算法：为了解决深度优先级冲突问题。5、光线追踪算法基本思想 观察者能够看见景物，是由于

26、光源发出的光照射到物体上的结果，其中一部分到达人的眼睛引起视觉。到达观察者眼中的光可由物体表面反射而来，也可通过表面折射或透射而来。 我们采用Appel提出的按相反途径追踪光线，即按从观察者到景物的方向，从视点或像素出发，仅对穿过像素的光线反向跟踪，当光线路径到达一个可见的不透明物体的表面时停止追踪。 第8章 真实感图形绘制8.1简单光照明模型 P1561.光照明模型的定义在已知物体物理形态和光源性质的条件下，能够计算出场景的光照明效果的数学模型称为光照明模型。 2.基本光学原理 光照到物体表面时，物体对光会发生反射(Reflection)、透射(Transmission)、吸收(Absorp

27、tion)、衍射(Diffraction)、折射(Refraction)、和干涉(Interference)。 点光源是最简单的光源，它的光线由光源向四周发散。这种光源模型是对场景中比物体小很多的光源合适的逼近。离场景足够远的光源，如太阳，通常用点光源模型来模拟。 粗糙的物体表面往往将反射光向各个方向散射，这种光线散射的现象称为漫反射 表面非常光滑的物体表面会产生强光反射，称为镜面反射入射光=环境光+漫反射光+镜面反射光 环境光 环境光是指光源间接对物体的影响，在物体和环境之间多次反射，最终达到平衡时一种光。其中：Ia为环境光的光强，Ka为物体对环境光的反射系数，与环境的明暗度有关。 漫反射光

28、 记入射光强为Ip，物体表面上点P 的法向为N ，从点P指向光源的向量为L，两者间的夹角为，如图8-1所示。由Lambert余弦定律，则漫反射光强为：P点处的单位法向量N和P到点光源的单位向量L之间的夹角 折射定律 入射光线、折射光线与光照点的法向量在同一平面上，如图8-2，折射角与入射角满足： Phong提出了一个计算镜面反射光亮度的经验模型，其计算公式为： 角指什么? 将V和R都格式化为单位向量，则镜面反射光强可表示为： Phong光照明模型 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 其中R，V，N为单位矢量；Ip为点光源发

29、出的入射光强；Ia为环境光的漫反射光强；Ka环境光的漫反射系数；Kd漫反射系数（ ）取决于表面的材料；Ks镜面反射系数（ ）；n幂次，用以模拟反射光的空间分布，表面越光滑，n越大。Phong光照明模型优缺点：1.在实际的应用中，还具有以下问题：物体象塑料，没有质感。2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的颜色，与物体的材料无关；3镜面反射的计算在入射角很大时会产生失真等。8.2 多边形绘制P1611恒定光强的多边形绘制只用一种光强值绘制整个多边形。2除此之外，在不同法向的多边形邻接处，不仅有光强突变，而且还会产生马赫带效应。3解决办法：a.增加多边形的个数。b.采用

30、插值的方法。增量式光照模型包含两个主要的算法：双线性光强插值和双线性法向插值，又被分别称为Gouraud明暗处理和Phong明暗处理。 Gouraud(双线性光强)明暗处理（简答）Gouraud明暗处理的基本算法步骤如下：1.计算多边形顶点的平均法向；2.用Phong光照明模型计算顶点的平均光强；3.插值计算离散边上的各点光强；4.插值计算多边形内域中各点的光强。 光强插值 双线性光强插值的公式如下： Gouraud明暗处理的优点和缺点： 优点是算法简单，计算量小，解决了两多边形之间明暗度不连续以及多边形片内光强单一的问题。 Gouraud明暗处理的缺点1.明暗插值法只能保证在多边形边界两侧光

31、强的连续性，不能保证其变化的连续性。2.将相邻多边形的法矢量的平均值作为顶点处的法矢量，法矢量是平行的，3. 只考虑了漫反射,高光域只能在定点周围形成，不能再多边形的域内形成 双线性法向插值（Phong明暗处理）1.保留双线性插值，对多边形边上的点和内域各点，采用增量法。2.对顶点的法向量进行插值，而顶点的法向量，用相邻的多边形的法向作平均。 3.由插值得到的法向，计算每个象素的光亮度。4.假定光源与视点均在无穷远处，光强只是法向量的函数。 8.3透明与阴影P165 透明处理透明效果模拟最常见的方法是颜色调和法，不考虑透明体对光的折射以及透明物体本身的厚度，光通过物体表面是不会改变方向的，故可

32、以模拟平面玻璃 所示，设过象素点(x，y)的视线与物体相交处的颜色(或光强)为I a，视线穿过物体与另一物体相交处的颜色(或光强)为I b, 则象素点(x，y)的颜色(或光强)可由如下颜色调和公式计算 其中，I a和I b可由简单光照明模型计算 阴影多边形算法 首先用传统的隐藏面消除技术，相对于光源，把物体上的多边形区分为阴影多边形、非阴影多边形和逆光多边形，这是区分多边形阶段； 然后就是显示阶段，需要计算物体表面各个多边形的光强，对于非阴影多边形和逆光多边形，用某种方法来减少正常计算出来的光强值，使其有阴影的效果。若光源照射到的物体表面是不透明的，在该表面后面就会形成一个三维的多面体阴影区域

33、，该区域被称为阴影域8.4（判断）纹理与纹理映射P167 纹理类型 颜色纹理：是指光滑表面的花纹、图案，如刨光的木材表面的木纹，建筑物墙壁上的装饰图案，大理石表面等。它们是通过颜色色彩或明暗度变化体现出来的表面细节。纹理映射：是把指定的纹理映射到三维物体表面的技术。 两种方法来定义纹理： 图像纹理：将二维纹理图案映射到三维物体表面， 绘制物体表面上一点时，采用相应的纹理图案中相应点的颜色值。 函数纹理：用数学函数定义简单的二维纹理图案，如方格地毯。或用数学函数定义随机高度场，生成表面粗糙纹理即几何纹理。 常见纹理映射技术 1颜色纹理映射技术：二维纹理映射、图案映射、三维纹理域的映射 2几何纹理

34、映射技术，也称凹凸映射。8.5整体光照模型和光线跟踪P173 为了精确模拟光照效果，应考虑四种情况： 1镜面反射到镜面反射2镜面反射到漫反射3漫反射到镜面反射4漫反射到漫反射 对于透射，也可分为漫透射与规则透射(镜面透射)。考虑整个环境的总体光照效果和各种景物之间的幻想映照或透射的情形，称之为整体光照模型。除了光照追踪算法外，其他所有消隐算法都无法采用整体光照模型。在简单光照明模型的基上，加上透射光一项，就得到Whitted光透射模型：其中It为折射方向的入射光强度；Kt为透射系数，为01之间的一个常数；其大小取决于物体的材料。如果该透明体又是一个镜面反射体，应再加上反射光一项，以模拟镜面反射

35、效果。于是得到Whitted整体光照模型： 这里，Is为镜面反射方向的入射光强度；Ks为镜面反射系数，为01之间的一个常数；其大小同样取决于物体的材料。 如图所示，S是视线V的镜面反射方向，T是V的折射方向。在简单光照明模型的情况下，折射光强和镜面反射光强可以认为是折射方向上和反射方向上的环境光的光强。光线跟踪的基本原理最基本的光线跟踪算法是跟踪镜面反射和折射。从光源发出的光遇到物体的表面，发生反射和折射，光就改变方向，沿着反射方向和折射方向继续前进，直到遇到新的物体。实际光线跟踪算法的跟踪方向与光传播的方向是相反的，而是视线跟踪。8.6实时真实感图形学技术P182实时真实感图形学技术是在当前

36、图形算法和硬件条件的限制下提出的在一定的时间内完成真实感图形图象绘制的技术。8.7OpenGL光照P1871. 颜色模型RGB(RGBA)模式和颜色表模式2. 光源void glLightifv（GLenum light, /光源号GLenum pname,/光源特性TYPE param）/设置光源特性值创建具有某种特性的光源。其中第一个参数light指定所创建的光源号，如GL_LIGHT0、GL_LIGHT1、.、GL_LIGHT7。第二个参数pname指定光源特性，这个参数的辅助信息见表10-1所示。最后一个参数设置相应的光源特性值。pname 参数名缺省值说明GL_AMBIENT(0.0

37、, 0.0, 0.0, 1.0)RGBA模式下环境光GL_DIFFUSE(1.0, 1.0, 1.0, 1.0)RGBA模式下漫反射光GL_SPECULAR(1.0,1.0,1.0,1.0)RGBA模式下镜面光GL_POSITION(0.0,0.0,1.0,0.0)光源位置齐次坐标（x,y,z,w）GL_SPOT_DIRECTION(0.0,0.0,-1.0)点光源聚光方向矢量（x,y,z）GL_SPOT_EXPONENT0.0点光源聚光指数GL_SPOT_CUTOFF180.0点光源聚光截止角GL_CONSTANT_ATTENUATION1.0常数衰减因子GL_LINER_ATTENUATI

38、ON0.0线性衰减因子GL_QUADRATIC_ATTENUATION0.0平方衰减因子表10-1 函数glLight*()参数pname说明3. 光照模型的几种光：辐射光、环境光、漫射光、镜面光辐射光是最简单的一种光，它直接从物体发出并且不受任何光源影响。环境光是由光源发出经环境多次散射而无法确定其方向的光，即似乎来自所有方向。一般说来，房间里的环境光成分要多些，户外的相反要少得多，因为大部分光按相同方向照射，而且在户外很少有其他物体反射的光。当环境光照到曲面上时，它在各个方向上均等地发散（类似于无影灯光）。漫射光来自一个方向，它垂直于物体时比倾斜时更明亮。一旦它照射到物体上，则在各个方向上

39、均匀地发散出去。于是，无论视点在哪里它都一样亮。来自特定位置和特定方向的任何光，都可能有散射成分。镜面光来自特定方向并沿另一方向反射出去，一个平行激光束在高质量的镜面上产生100%的镜面反射。光亮的金属和塑料具有很高非反射成分，而象粉笔和地毯等几乎没有反射成分。因此，三某种意义上讲，物体的反射程度等同于其上的光强（或光亮度）。4. 材质和纹理材质的定义与光源的定义类似。其函数为：void glMaterialifv(GLenum face,GLenum pname,TYPE param);定义光照计算中用到的当前材质。face可以是GL_FRONT、GL_BACK、GL_FRONT_AND_B

40、ACK，它表明当前材质应该应用到物体的哪一个面上；pname说明一个特定的材质；param是材质的具体数值，若函数为向量形式，则param是一组值的指针，反之为参数值本身。非向量形式仅用于设置GL_SHINESS。pname参数值具体内容见表10-1。另外，参数GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE表示可以用相同的RGB值设置环境光颜色和漫反射光颜色。参数名缺省值说明GL_AMBIENT(0.2, 0.2, 0.2, 1.0)材料的环境光颜色GL_DIFFUSE(0.8, 0.8, 0.8, 1.0)材料的漫反射光颜色GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE?材料的环境光和漫反射光颜

41、色GL_SPECULAR(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)材料的镜面反射光颜色GL_SHINESS0.0镜面指数（光亮度）GL_EMISSION(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)材料的辐射光颜色GL_COLOR_INDEXES(0, 1, 1)材料的环境光、漫反射光和镜面光颜色表10-2 函数glMaterial*()参数pname的缺省值void glColorMaterial(GLenum face,GLenum mode);函数参数face指定面，值有GL_FRONT、GL_BACK或GL_FRONT_AND_BACK（缺省值）。mode指定材质成分，值有GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE（缺省值）、GL_SPECULAR或GLEMISSION。注意：第一个参数说明哪一个面和哪些面被修改，而第二个参数说明这些面的哪一个或哪些材质成分要被修改。