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📁 计算机图形学网络课程
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  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_010.htm#2"><span
  style='color:red'>常用的颜色模型</span></a><span style='color:black'>、</span><a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_025.htm"><span
  style='color:red'>阴影多边形算法</span></a><span style='color:black'>、</span><a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_032.htm"><span
  style='color:red'>局部</span></a></span><span style='font-size:10.0pt;
  font-family:仿宋_GB2312'>和</span><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt;
  font-family:楷体_GB2312'><a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_043.htm"><span
  style='color:red'>整体光照明模型算法</span></a><span style='color:black'>、</span><a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_040.htm#1"><span
  style='color:red'>二维纹理域映射</span></a><span style='color:black'>的基本思想</span>。</span></p>
  </td>
 </tr>
 <tr style='height:19.5pt'>
  <td width="4%" style='width:4.98%;background:#CCFF99;padding:.75pt .75pt .75pt .75pt;
  height:19.5pt'>
  <p align=center style='text-align:center'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
   id="_x0000_i1027" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:13.5pt;height:13.5pt'>
   <v:imagedata src="./第四章%20真实感图形学.files/image001.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/material/CG_Gif_pub_015.gif"/>
  </v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=18 height=18
  src="./第四章%20真实感图形学.files/image001.gif" v:shapes="_x0000_i1027"><![endif]></span></p>
  </td>
  <td width="94%" style='width:94.48%;background:#CCFF99;padding:.75pt .75pt .75pt .75pt;
  height:19.5pt'>
  <p style='line-height:130%'><span style='font-size:10.0pt;font-family:楷体_GB2312'>熟悉<span
  lang=EN-US><a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_021.htm#1"><span
  style='color:red'>增量式光照明模型</span></a>的基本思想、<a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_037.htm#1"><span
  style='color:red'>简单光反射透射模型</span></a>和<a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_045.htm"><span
  style='color:red'>光线跟踪</span></a></span></span><span style='font-size:10.0pt;
  font-family:仿宋_GB2312'>的基本原理</span><span style='font-size:10.0pt;font-family:
  楷体_GB2312'>。</span></p>
  </td>
 </tr>
 <tr style='height:20.25pt'>
  <td width="4%" style='width:4.98%;background:#CCFF99;padding:.75pt .75pt .75pt .75pt;
  height:20.25pt'>
  <p align=center style='text-align:center'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
   id="_x0000_i1028" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:13.5pt;height:13.5pt'>
   <v:imagedata src="./第四章%20真实感图形学.files/image001.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/material/CG_Gif_pub_015.gif"/>
  </v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=18 height=18
  src="./第四章%20真实感图形学.files/image001.gif" v:shapes="_x0000_i1028"><![endif]></span></p>
  </td>
  <td width="94%" style='width:94.48%;background:#CCFF99;padding:.75pt .75pt .75pt .75pt;
  height:20.25pt'>
  <p style='line-height:130%'><span style='font-size:10.0pt;font-family:楷体_GB2312'>了解<span
  lang=EN-US><a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_026.htm#1"><span
  style='color:red'>阴影域多面体算法</span></a>、<a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_041.htm#1"><span
  style='color:red'>三维纹理域的映射</span></a>、<a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_042.htm#1"><span
  style='color:red'>几何纹理</span></a>、<a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_046.htm#2"><span
  style='color:red'>光线与物体的求交</span></a>、<a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_047.htm#1"><span
  style='color:red'>光线跟踪算法的加速</span></a>、<a
  href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_048.htm#1"><span
  style='color:red'>辐射度方法</span></a>的基本思想</span></span></p>
  </td>
 </tr>
</table>

<p class=MsoNormal><span style='font-size:13.5pt;font-family:隶书;color:purple'>内容简介<span
lang=EN-US><o:p></o:p></span></span></p>

<p style='margin-top:9.0pt;line-height:130%'><span style='font-size:10.0pt;
font-family:仿宋_GB2312'>真实感图形学是计算机图形学中的一个重要组成部分，它的基本要求就是在计算机中生成三维场景的真实感图形（或图象）。随着计算机图形学和计算机技术的发展，真实感图形学在我们的日常工作、学习和生活中已经有了非常广泛的应用。计算机辅助、多媒体教育、虚拟现实系统、科学计算可视化、动画制作、电影特技模拟、计算机游戏等许多方面，真实感图形学都发挥了重要的作用。</span></p>

<p style='line-height:130%'><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt;
mso-ascii-font-family:仿宋_GB2312;mso-fareast-font-family:仿宋_GB2312'>&nbsp;&nbsp;&nbsp;</span><span
lang=EN-US style='font-size:10.0pt;font-family:仿宋_GB2312'> 对于场景中的物体、要得到它的真实感图形，就要对它进行透视投影，并<a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter2/CG_Txt_2_038.htm#1"><span
style='color:red'>消除隐藏面</span></a>，然后计算可见面的光照明暗效果。我们在前面的章节中已经介绍了隐藏面消除等一些相关的方法，本章中主要介绍如何处理物体表面的光照明暗效果。给定一个三维场景及其光照明条件，如何确定它在屏幕上生成的真实感图象，即确定图象每一个象素的明暗、颜色，是真实感图形学需要解决的问题。
</span></p>

<p class=MsoBodyTextIndent style='line-height:130%'><span lang=EN-US
style='font-size:10.0pt;mso-ascii-font-family:仿宋_GB2312;mso-fareast-font-family:
仿宋_GB2312'>&nbsp;&nbsp;&nbsp;</span><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt;
font-family:仿宋_GB2312'> 我们把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暗效果的数学模型称为<span
style='color:maroon'>光照明模型</span>，这种模型可以用描述物体表面光强度的物理公式推导出来。早期的光照明模型都是基于经验的模型，只能反映光源直接照射的情况，而一些比较精确的模型，通过模拟物体之间光的相互作用，可以产生更好的真实感效果。</span></p>

<p class=MsoBodyTextIndent style='line-height:130%'><span lang=EN-US
style='font-size:10.0pt;mso-ascii-font-family:仿宋_GB2312;mso-fareast-font-family:
仿宋_GB2312'>&nbsp;&nbsp;&nbsp;</span><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt;
font-family:仿宋_GB2312'> 在本章中，我们将首先介绍<a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_006.htm"><span
style='color:red'>颜色视觉</span></a>，这就是真实感图形学的生理基础，然后按照 光照明模型的发展过程，依次介绍不同的光照明模型。最后针对当今真实感图形学研究的热点，简单讨论一些<a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_049.htm"><span
style='color:red'>实时真实感图形学的技术</span></a>。</span></p>

<p align=center style='text-align:center'><b><span lang=EN-US style='font-size:
18.0pt;color:green'>4.1</span><span lang=EN-US style='color:green'> </span></b><b><span
style='font-size:18.0pt;font-family:仿宋_GB2312;color:green'>颜色和视觉</span></b></p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US style='mso-ascii-font-family:仿宋_GB2312;
mso-fareast-font-family:仿宋_GB2312'>&nbsp;&nbsp;&nbsp;</span><span lang=EN-US
style='font-family:仿宋_GB2312'> </span><span style='font-family:楷体_GB2312'>要产生具有高度真实感的图形，颜色是最重要的部分。在我们的光照明模型中，通常只要分别计算<span
lang=EN-US>R、G、B 三个分量的光强值，就可以得到某个象素点上的颜色值，给人以某种颜色的感觉。这个过程看起来很简单，可是为什么简单地通过三个分量的计算就可以产生颜色感觉，却包含着许多很复杂的概念，为了使读者更好地理解我们后面所讲的光照明模型以及有关真实感图形学的内容，首先从人体视觉的角度出发，介绍计算机图形学中颜色和视觉的一些相关知识。
</span></span></p>

<p><b><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt;font-family:幼圆;color:gray'><a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_007.htm"><span
style='text-decoration:none;text-underline:none'><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1029" type="#_x0000_t75" alt="" href="..\CG_Txt_4_007.htm"
 style='width:21pt;height:37.5pt' o:button="t">
 <v:imagedata src="./第四章%20真实感图形学.files/image002.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/material/CG_Gif_pub_021.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=28 height=50
src="./第四章%20真实感图形学.files/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1029"><![endif]></span></a></span></b><b><span
lang=EN-US style='font-family:幼圆;color:gray'><a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_007.htm"><span
style='color:gray'>基本概念</span></a><o:p></o:p></span></b></p>

<p style='line-height:200%'><span style='color:maroon'>颜色</span>是外来的光刺激作用于人的视觉器官而产生的主观感觉。因而物体的颜色不仅取决于物体本身，还与光源、周围环境的颜色，以及观察者的视觉系统有关系。</p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 从心理学和视觉的角度出发，颜色有如下三个特性：色调(Hue)、饱和度(Saturation)和亮度(Lightness)。所谓<span
style='color:maroon'>色调</span>，是一种颜色区别于其它颜色的因素，也就是我们平常所说的红、绿、蓝、紫等；<span
style='color:maroon'>饱和度</span>是指颜色的纯度，鲜红色饱和度高，而粉红色的饱和度低。与之相对应，从光学物理学的角度出发，颜色的三个特性分别为：主波长(Dominant
Wavelength)、纯度(Purity)和明度(Luminance)。主波长是产生颜色光的波长，对应于视觉感知的色调；光的纯度对应于饱和度，而明度就是光的<span
style='color:maroon'>亮度</span>。这是从两个不同方面来描述颜色的特性。</span></p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在三维空间中，我们可以用一个纺锤体把颜色的三种基本特性来表示出来（4.1.1）。在颜色纺锤体的垂直轴线上表示白黑系列的亮度变化，顶部是白色，到底部是黑色。在垂直轴线上，从下向上，亮度越来越大。色调由水平圆周表示，圆周上不同角度的点代表了不同色调的颜色，如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等，圆周中心的色调是中灰色，它的亮度和该水平圆周上各色调的亮度相同。从圆心向圆周过渡表示同一色调下饱和度的提高。在颜色纺锤体的一个平面圆形上，它们的色调和饱和度不同，而亮度是相同的。</span></p>

<p align=center style='text-align:center;line-height:200%'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1030" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:195pt;height:325.5pt'>
 <v:imagedata src="./第四章%20真实感图形学.files/image003.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/41img/CG_Gif_4_001.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=260 height=434
src="./第四章%20真实感图形学.files/image003.gif" v:shapes="_x0000_i1030"><![endif]></span></p>

<p align=center style='text-align:center;line-height:200%'><span
style='font-family:隶书;color:#FF9900'>图<span lang=EN-US>4.1.1 颜色纺锤体</span></span></p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 由于颜色是因外来光刺激而使人产生的某种感觉，我们有必要了解一些光的知识。从根本上讲，光是人的视觉系统能够感知到的电磁波，它的<!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1031" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:380.25pt;height:43.5pt'>
 <v:imagedata src="./第四章%20真实感图形学.files/image004.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Gif_4_342.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=507 height=58
src="./第四章%20真实感图形学.files/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1031"><![endif]> 是波长，当一束光的各种波长的能量大致相等时，我们称其为白光；否则，称其为彩色光；若一束光中，只包含一种波长的能量，其它波长都为零时，称其为单色光。白光、彩色光及其单色光的光谱能量分布分别如图4.1.2、图4.1.3和图4.1.4所示。</span></p>

<p align=center style='text-align:center;line-height:200%'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1032" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:214.5pt;height:95.25pt'>
 <v:imagedata src="./第四章%20真实感图形学.files/image005.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/41img/CG_Gif_4_002.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=286 height=127
src="./第四章%20真实感图形学.files/image005.gif" v:shapes="_x0000_i1032"><![endif]></span></p>

<p align=center style='text-align:center;line-height:200%'><span
style='font-family:隶书;color:#FF9900'>图<span lang=EN-US>4.1.2 自光的光谱能量分布</span></span></p>

<p align=center style='text-align:center;line-height:200%'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1033" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:247.5pt;height:100.5pt'>
 <v:imagedata src="./第四章%20真实感图形学.files/image006.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/41img/CG_Gif_4_003.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=330 height=134
src="./第四章%20真实感图形学.files/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1033"><![endif]></span></p>

<p align=center style='text-align:center;line-height:200%'><span
style='font-family:隶书;color:#FF9900'>图<span lang=EN-US>4.1.3 彩色光的光谱能量分布</span></span></p>

<p align=center style='text-align:center;line-height:200%'><span lang=EN-US><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1034" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:208.5pt;height:95.25pt'>
 <v:imagedata src="./第四章%20真实感图形学.files/image007.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/41img/CG_Gif_4_004.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=278 height=127
src="./第四章%20真实感图形学.files/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1034"><![endif]></span></p>

<p align=center style='text-align:center;line-height:200%'><span
style='font-family:隶书;color:#FF9900'>图<span lang=EN-US>4.1.4 单色光的光谱能量分布</span></span></p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 事实上，我们可以用主波长、纯度和明度来简洁地描述任何光谱分布的视觉效果。但是由实验结果知道，光谱与颜色的对应关系是多对一的，也就是说，具有不同光谱分布的光产生的颜色感觉是有可能一样的。我们称两种光的光谱分布不同而颜色相同的现象为“异谱同色”。由于这种现象的存在，我们必须采用其它的定义颜色的方法，使光本身与颜色一一对应。
</span></p>

<p><span lang=EN-US><![if !supportEmptyParas]>&nbsp;<![endif]><o:p></o:p></span></p>

<p><b><span lang=EN-US style='font-size:10.0pt;font-family:幼圆;color:gray'><a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_008.htm"><span
style='text-decoration:none;text-underline:none'><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1035" type="#_x0000_t75" alt="" href="..\CG_Txt_4_008.htm"
 style='width:21pt;height:37.5pt' o:button="t">
 <v:imagedata src="./第四章%20真实感图形学.files/image002.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/material/CG_Gif_pub_021.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=28 height=50
src="./第四章%20真实感图形学.files/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1035"><![endif]></span></a></span><span
lang=EN-US><a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/CG_Txt_4_008.htm"><span
style='font-family:幼圆;color:gray'>三色学说</span></a><o:p></o:p></span></b></p>

<p style='line-height:200%'>在物理学上对光与颜色的研究发现，颜色具有具有恒常性。即人们可以根据物体的固有颜色来感知它们，而不会受外界条件变化的影响。颜色之间的对比效应能够使人区分不同的颜色。颜色还具有混合性，牛顿在十七世纪后期用棱镜把太阳光分散成光谱上的颜色光带，用实验证明了白光是由很多颜色的光混合而成。十九世纪初，<span
lang=EN-US>Yaung提出一种假设，某一种波长的光可以通过三种不同 波长的光混合而复现出来，且红(R)、绿(G)、蓝(B)三种单色光可以作为基本的颜色－原色，把这三种光按照不同的比例混合就能准确的复现其它任何波长的光，而它们等量混合就可以产生白光。后来，Maxwell用旋转圆盘所作的颜色混合实验验证了Yaung的假设。在此基础上，1862年，Helmhotz进一步提出颜色视觉机制学说，即<span
style='color:maroon'>三色学说</span>，也称为<span style='color:maroon'>三刺激理论</span>。到现在，用三种原色能够产生
各种颜色的三色原理已经成为当今颜色科学中最重要的原理和学说。</span></p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 近代的三色学说研究认为，人眼的视网膜中存在着三种锥体细胞，它们包含不同的色素，对光的吸收和反射特性不同，对于不同的光就有不同的颜色感觉。研究发现，第一种锥体细胞专门感受红光，第二和第三种锥体细胞则分别感受绿光和蓝光。它们三者共同作用，使人们产生了不同的颜色感觉。例如，当黄光刺激眼睛时，将会引起红、绿两种锥体细胞几乎相同的反应，而只引起蓝细胞很小的反应，这三种不同锥体细胞的不同程度的兴奋程度的结果产生了黄色的感觉，这与颜色混合时，等量的红和绿加上极小量的蓝色可以复现黄色是相同。</span></p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 三色学说是我们真实感图形学的生理视觉基础，我们所采用的RGB颜色模型，以及计算机图形学中其他的颜色模型都是根据这个学说提出来的。我们根据三色学说用RGB来定义我们的颜色，三色学说是我们颜色视觉中最基础、最根本的理论。</span></p>

<p style='line-height:200%'><span lang=EN-US style='font-family:幼圆'><!--[if gte vml 1]><v:shape
 id="_x0000_i1036" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:24pt;height:24pt'>
 <v:imagedata src="./第四章%20真实感图形学.files/image008.gif" o:href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/material/CG_Gif_pub_023.gif"/>
</v:shape><![endif]--><![if !vml]><img border=0 width=32 height=32
src="./第四章%20真实感图形学.files/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1036"><![endif]><span
style='color:red'>动画演示：<a
href="http://learn.bitsde.com/hep/jisuanjituxing/Chapter4/RGB/CG_Txt_4_201.htm"
target="_blank"><span style='color:red'>三色学说</span></a></span></span></p>
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