计算机图形学课程设计：长方体光照效果实现

"该文档是科技大学计算机图形学课程设计，主要关注长方体体的光照效果。学生需要实现一个点光源，应用环境光和点光源的漫反射光照模型，使用FLAT明暗处理方法，展示平行投影下的长方体光照效果。设计包括建立长方体表面模型、面的可见性判断、背光性判断、光照计算以及光照效果显示。此外，还要求通过键盘控制图形旋转，实现人机交互。" 在计算机图形学中，光照效果是模拟真实世界物体外观的关键因素。此课程设计涉及多个核心概念和技术： 1. **三维模型建立**：首先，需要定义三维齐次向量和坐标结构，这允许在三维空间中表示和操作几何形状。长方体的模型由其顶点和面构成，这些都需要初始化。 2. **面向的表示**：长方体的六个面（前、后、左、右、上、下）需要被正确地表示，以便后续的光照计算。 3. **面的可见性判断**：在三维空间中，需要判断哪些面朝向观察者，这是通过计算面的外法向量与视线方向的夹角来实现的。如果法向量与视线方向之间的角度大于90度，则面被认为是不可见的。 4. **背光性判断**：对于可见面，还需要确定它们是否被光源照亮。这涉及到计算光线向量（从光源到面的向量），并与面的法向量比较。如果两者之间的角度小于90度，面被视为背光。 5. **光照计算**：光照模型通常包括环境光和点光源的漫反射部分。环境光提供背景亮度，而点光源的漫反射部分取决于光源强度、面的颜色和入射角。计算过程中会应用BRDF（双向反射分布函数）。 6. **明暗处理**：FLAT明暗处理是一种简化的方法，它不考虑表面细节，而是将整个面视为一个颜色。这样可以降低计算复杂度，但可能牺牲了视觉的真实感。 7. **窗口-视区变换**：在显示之前，三维坐标需要通过窗口-视区变换转换为屏幕上的二维像素坐标。 8. **路径填充**：最后，根据计算出的光照效果填充每个可见面的像素，形成最终的图像。 9. **人机交互**：为了增加交互性，设计中要求通过键盘控制长方体的旋转，这需要实现输入处理和图形的动态更新。 通过这个课程设计，学生可以深入理解计算机图形学中的光照模型、几何变换、渲染算法以及简单的交互设计，这些都是计算机图形学领域基础且重要的技能。