香港大学OpenGL课程第8章：光照与真实感渲染

本章节是香港大学的OpenGL课件英文版第8章，专注于光照（Shading）在图形渲染中的应用，以创造逼真的视觉效果。课程内容深入探讨了光线光源、表面光度计算以及不同类型的反射机制，包括点光源、定向光源、反射类型（如漫反射、镜面反射和环境反射）、Gouraud着色和Phong着色算法，以及阴影处理。 1. 光照原理：为了从几何模型创建出照片级真实感的场景，我们需要根据物理定律，计算表面的光强度，这取决于材料的光学特性、光源位置以及观察者的视角。光线的强度会随着光源的位置变化而改变，特别是当光源接近表面时，这种影响更为显著。 2. 光源类型： - **点光源**：每个光源都有一个固定的向量方向（s），在平面上的不同位置，光源的方向（s）会发生变化，如s1 ≠ s2。然而，当光源离表面很近时，这种变化较大。 - **定向光源**：当光源远离物体时，方向变化变得更小，甚至在很大距离上几乎保持不变，如太阳光。这类光源被称为定向光或平行光源。 3. 光照计算： - **入射光强度I**：这是照射到表面的原始光线强度，与光源和表面之间的角度有关。 - **光向量**：用于描述光线的方向，如n表示表面法线，s表示光源方向。 4. **漫反射**（Diffuse Reflection）：光线在粗糙表面上散射，方向随机，与入射光的法线有较大的角度。 5. **镜面反射**（Specular Reflection）：光线在光滑表面上反射，遵循镜面反射定律，反射光的方向接近于入射光在表面的镜像方向。 6. **环境反射**（Ambient Reflection）：来自周围环境的均匀照明，不考虑光源的位置，对所有表面都产生影响。 7. **着色技术**： - **Gouraud Shading**：逐像素的颜色计算方法，根据表面的局部数据进行颜色变换。 - **Phong Shading**：基于全局信息的高级着色技术，结合漫反射和镜面反射，实现更自然的光照效果。 8. **阴影处理**：通过计算光源与场景之间遮挡关系，模拟现实世界中的阴影效果，增强场景的立体感。 通过学习本章内容，学生将能够理解光照在计算机图形学中的核心作用，并掌握如何利用这些概念和算法来创建逼真的3D图像。