纹理映射和阴影处理.pdf

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1、纹理映射 一、 什么是纹理和纹理映射？ 没有纹理没有纹理有纹理有纹理 二、 纹理有什么用？ n 表面可以用纹理来代替，不用痛苦地构造模型和材质细 节，节省时间和资源，让用户做其他更重要的东西。 n 可以用一个粗糙的多边形和纹理来代替详细的几何构造 模型，节省时间和资源。 二、 纹理作用 += 三、 纹理分类 颜色纹理：颜色或明暗度变化体现出来的表面细节，如刨光 木材表面上的木纹。 几何纹理：几何纹理：由不规则的细小凹凸体现出来的表面细节，如 桔子皮表面的皱纹。 四、 图形学中纹理定义 在真实感图形学中，可以用下列两种方法来定义纹理： （1）图象纹理：将二维纹理图案映射到三维物体表面，绘制物 体

2、表面上一点时，采用相应的纹理图案中相应点的颜色值。 （2）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。 图像纹理函数纹理 的最大整数表示小于其中： 为偶数 为奇数 xx 881 880 ),( + + = vu vu vug PDF pdfFactory 五、 纹理映射 纹理映射（纹理映射（Texture Mapping）：）：通过将数字化的纹理图像覆 盖或投射到物体表面，而为物体表面增加表面细节的过程。 1974年Catmull首次提出了纹理映射的概念，其主要思想 是通过寻找一种从纹理空间(u,v)到三维曲面(s, t)

3、之间 的映射关系，将点(u,v)对应的彩色参数值映射到相应的 三维曲面(s, t)上，使三维曲面表面得到彩色图案。 PDF pdfFactory 五、 纹理映射 （2）指定映射关系： u=a0 x+a1y+a2z+a3 v=b0 x+b1y+b2z+b3 颜色纹理坐标转换通常使用下列两种方法：颜色纹理坐标转换通常使用下列两种方法： （1）在绘制一个三角形时，为每个顶点指定纹理坐标， 三角形内部点的纹理坐标由纹理三角形的对应点确定。 即指定： (x0,y0,z0) (u0,v0) (x1,y1,z1) (u1,v1) (x2,y2,z2) (u2,v2) PDF pdfFactory 五、 纹理

4、映射 几何纹理使用一个称为扰动函数的数学函数进行定义。 扰动函数通过对景物表面各采样点的位置作微小扰动来改 变表面的微观几何形状。 设景物表面由下述参数方程定义： ),(vuQQ = 则表面任一点(u,v)处的法线为： ),(),( ),(),( ),( vuvu vuvu vu vu vu QQ QQ NN = 设扰动函数为：),(vuP 扰动后的表面为：NQQ),(),(vuPvu+= PDF pdfFactory 阴影处理 PDF pdfFactory 一、 什么是阴影？ n阴影是由于观察方向与光源方向不重合而造成的； 观察方向与光源方向不重合观察方向与光源方向重合 n阴影使人感到画面上

5、景物的远近深浅，从而极大地增强 画面的真实感。 PDF pdfFactory 一、 阴影有什么用？ PDF pdfFactory 二、 什么是本影 umbra-本影区-场景中的一个点P，如果它不被光源的任何 一部分所照射到，就称为在本影区里。本影就是不被任何光 源所照到的区域。 P PDF pdfFactory 二、 什么是半影 Occluder-遮挡物：阴影的生成是因为空间有遮挡物。这 些遮挡物把光源挡住了，所以在receivers上有些部分就很 阴暗。 阴影是本影和半影的组合。求出本影和半影的并集（union ）来绘出阴影。 PDF pdfFactory 二、 阴影 n 自身阴影：由于物体

6、自身的遮挡而使光线照射不到它上面 的某些面； n 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。 PDF pdfFactory 三、 阴影算法（1） 阴影体法（ Shadow Volume ） Frank Crow1977年提出来的，可以在任意的物体上生成阴影。 Crow, Franklin C: Shadow Algorithms for Computer Graphics, Computer Graphics (SIGGRAPH 77 Proceedings), vol. 11, no. 2, 242- 248. PDF pdfFactory 三、 阴影

7、算法（1） 阴影体法（ Shadow Volume ） 在对光线进行跟踪的过程中，如果这条 射线穿过了阴影体的一个正面（朝向视 点的一个面），则计数器加1。如果这条 射线穿过了阴影体的一个背面（背向视 点的一个面），则计数器减1。如果最终 计数器的数值大于0，则说明这个象素处 于阴影中，否则处于阴影之外。 由一个点光源和一个三角形可以生成一个无限大的阴 影体。落在这个阴影体中的物体，就处于阴影中。 视 点 光 源 PDF pdfFactory 三、 阴影算法（2） 阴影图法（ Shadow Mapping ） n 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。 n 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。 PDF pdfFactory 三、 阴影算法（2） 阴影图法（ Shadow Map ） n 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。 n 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。 光 源 视 点 a b Va Vb PDF pdfFactory