计算机图形学：局部光照明模型解析

"孙家广的计算机图形学基础教程课件，涵盖了局部光照明模型的讲解" 计算机图形学是一门深入探讨如何用计算机生成和显示图像的学科，它涉及到多个领域，如几何建模、渲染、光照计算等。在这个基础教程课件中，孙家广教授特别强调了局部光照明模型这一重要概念。 局部光照明模型是计算机图形学中用于模拟真实世界光照效果的基础方法。这种模型只考虑光源直接照射到物体表面产生的光照效果，而不涉及物体间光照的相互作用，即不包含全局光照效应。简单光照明模型虽然易于实现，但往往无法准确地表现出物体表面的质感，比如镜面反射通常被简化处理，与物体材质的关系并不密切。 为了改进这一情况，课程介绍了更为复杂和普遍的局部光照明模型。这些模型基于光的电磁理论和微平面分布理论，以更精确的方式描述物体表面的反射特性。在光的电磁理论中，光波由电矢量E和磁矢量H组成，当光线遇到物体表面时，会发生反射。Fresnel公式用于计算自然光的反射率，它与入射角和折射率相关，并且是波长的函数。 微平面理论是局部光照明模型中的核心概念。它假设物体表面并非理想光滑，而是由无数微小的理想镜面（微平面）组成，这些微平面随机分布且朝向各异。每个微平面根据其法线方向反射光线，而实际物体的反射率则需要结合微平面法向的分布函数D和遮挡因子G来计算。 微平面法向分布函数D描述了这些微平面的分布情况，而遮挡因子G则考虑了由于微平面间的相互遮挡导致的光强度衰减。Torrance和Sparrow提出的模型就是一种典型的方法，它进一步提高了模拟真实世界光照的准确性。 通过这个基础教程，学习者将能够理解并应用这些理论，从而在渲染算法中创建出更为逼真的图像，包括各种材质（如金属、玻璃、木材等）的反射效果。这有助于提升虚拟环境的真实感，广泛应用于游戏开发、电影特效、建筑设计等多个领域。通过深入学习和实践，开发者可以创造出更加引人入胜的视觉体验。