计算机图形学入门：光照模型与真实感渲染

"光照模型-计算机图形学ppt第一章" 计算机图形学是一门涉及图形的表示、生成、处理和显示的学科，是计算机科学中的一个重要分支，具有广泛的应用领域，包括图形硬件、图形标准、交互技术、光栅图形生成、曲线曲面造型、真实感图形计算等。本章主要介绍了计算机图形学的基础知识，包括其定义、发展历程以及光照模型等相关概念。 1. 计算机图形学的研究内容不仅包含如何在计算机中表示图形，还涉及到图形的计算、处理和显示的算法。这涵盖了从几何属性到物理属性的多个方面，如线条信息表示、明暗图（Shading）等。图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示，另一类是明暗图，后者更注重场景的几何表示和物理属性的结合。 2. 计算机图形学的历史可以追溯到20世纪50年代，随着计算机显示器的出现和发展，图形技术逐渐成熟。例如，MIT的SAGE空中防御体系和I.E. Sutherland的Sketchpad系统都是早期的重要里程碑。在60年代，Bézier曲线和Coons曲面理论的提出，为后续的曲线曲面造型打下了基础。 3. 20世纪70年代，光栅图形学取得了显著的进步，如区域填充、裁剪、消隐算法的出现，推动了图形处理的效率。同时，图形软件标准化工作也开始进行，如ACM SIGGRAPH的工作会议和ISO发布的各种图形标准。在这个时期，真实感图形学也得到了发展，如Bouknight的光反射模型和Gourand的漫反射模型，为后续的光照模型奠定了基础。 光照模型在计算机图形学中扮演着关键角色，它描述了光线与物体表面的相互作用，影响着图像的视觉效果。简单光照模型通常包括环境光、漫反射和镜面反射等基本元素。局部光照模型只考虑局部光源对物体的影响，而整体光照模型则会考虑全局光照，如光照的间接反射和阴影效果。为了提高计算效率，引入了各种加速算法，如包围体树（Bounding Volume Hierarchies, BVH）和自适应八叉树（Adaptive Octrees），这些数据结构用于优化空间查询和减少不必要的计算。 绘制方法如光线跟踪和辐射度计算也是实现真实感图形的重要手段。光线跟踪模拟光线在场景中的传播路径，而辐射度则关注场景的整体光照平衡，提供更加逼真的阴影和颜色混合效果。 计算机图形学的光照模型是构建逼真视觉效果的关键，其理论和技术不断发展，使得现代的计算机图形应用，如电影特效、游戏开发和虚拟现实等领域得以呈现出令人惊叹的视觉体验。