真实感图形学算法(1)(续)

真实感图形学算法(3)--光照明模型 光照明模型原理光照明模型即根据光学物理的有关定律,计算景物表面上任一点投向观察者眼中的光亮度的大小和色彩组成的公式。对于在光栅图形设备上显示的真实感图形,我们需要依据光照明模型计算每一象素上可见的景物表面投向观察者的光亮度。光照明模型分为局部光照明模型和整体光照明模型。   局部光照明模型仅考虑光源直接照射在景物表面所产生的光照效果,景物表面通常被假定为不透明,且具有均匀的反射率。局部光照 阅读详情

 

 

1.         三维物体的数据结构:

为了唯一表示一个物体,描述该物体的数据必须包含两类信息:

(1)       几何信息:描述物体的几何位置关系;

(2)       拓扑信息:说明物体的构成规则。

把这两类信息结合在描述物体的数据中,可以构成多种数据结构形式,不管哪种形式,都应该满足一些基本条件:

(1)       能够描述物体的几何关系和拓扑关系

(2)       对物体的描述应该是完整的,唯一的

(3)       便于对数据进行各种处理,且能获得较快的速度

(4)       数据冗余要小

通常采用层次结构描述三维物体

2.             多边形表面

多边形表;平面方程;多边形网格

3.             二次曲面和超二次曲面

球面;椭球面;环面;超二次曲面;

4.             柔性物体

5.             Bezier曲面

6.             B样条曲面

B 样条曲线与 Bézier 曲线相比较,其差别如下:

&    对于 Bézier 曲线,基函数的次数等于控制顶点数减 1;对于 B 样条曲线,基函数的次数与控制顶点数无关。

&    Bézier 曲线的基函数即 Bernstein 基函数是多项式函数,B 样条曲线的基函数即 B 样条基函数则是多项式样条。

&    Bézier 曲线是一种特殊表示形式的参数多项式曲线,B 样条曲线则是一种特殊表示形式的参数样条曲线。

&     Bézier 曲线缺少局部性质,B 样条曲线具有局部性质。

7.             NEBUS曲面

8.             Coons曲面

9.             三维实体的表示

9.1三维实体建模:线框模型;表面模型;实体模型

 

 

 

线框模型

表面模型

实体模型

结构简单

处理容易

存储量小

图形有二义性

可生成彩色图像

计算面积、体积

进行数控加工

不能生成实体

可进行物性计算

工程分析

数控加工

布尔运算造型

 存储量比:  1

10

100

市场占有比:5

3

2

9.2实体的表示方法:一般有一下几种:

①  参数化实体及其调用;

     ②  单元分解法;

    ③ 扫描变换法(把一维、二维实体经过平移或旋转等变换生成二维、三维实体);

    ④  构造实体几何法(CSG 法);

    ⑤  边界表示法(B-rep 法);

    ⑥ 半空间法;

  ⑦  线框表示法。

实体的任何一种表示法都需要回答以下问题:

l       实体的边界是否提供了足够的信息,能否自动地计算实体的几何性质,包括显示、绘图等所需要的信息。

l       一个系统或算法如何确定它们操作的数据的有效性。

l       对一个实体是否有一种以上的表示方法?

l       相同的实体是否有不同的表示形式?如有,又如何表示之?

l       实体的某些几何性质是否只能从一种表示形式中求得,而不能从其他的表示形式中求得?

l       实体是否有最佳表示形式?

就当代几何造型系统实际应用而言,  实体的上述七种表示方法中以 CSG、B-rep 和单元分解法最为重要.

 

采用八叉树表示物体的优点有:

    (1)物体间的集合运算十分简单,此时只需同时遍历表示物体的两棵八叉树,对相应的小立方体结点进行运算即可。

    (2)计算物体的体积简便,只要从八叉树的根结点开始逐个累加标识为“满”的结点的立方体的体积,计算精度取决于八叉树的分割层数,当最下一层的“部分占有”叶结点都算作“满”时,算得的体积最大; 反之, 如果将这些叶结点都算作“空”时,所求得的体积最小。当然,更合理的算法是引入 Montacarlor 法,即产生随机数,根据随机数来取一部分“部分占有”的叶结点作为“满”结点。

(3)八叉树的数据结构简化了隐藏线隐藏面的消除算法。由于消隐算法的核心是排序,即将待显示物体上的点、线、面按它们离观察点的远近排列次序,离观察点近的元素遮挡远的元素,而物体的八叉树表示中,物体的各元素已按空间位置排列成一定的顺序。同一层次的八叉树结点组成三维空间中可线性分离的丛,因此很容易建立丛的优先级树。

八叉树的缺点有以下几点:

Ø       占用存储空间大。

Ø       物体的坐标变换代价高。当物体旋转一角度后,整个八叉树需要重新生成。对于平移而言,物体的八叉树结点分割保持不变,但沿平移方向的所有结点都需要重新编码。

Ø       与 B-rep 表示或 CSG 表示难以统一,而 B-rep 表示或 CSG 表示可以转化成八叉树表示。这种单向转换导致八叉树的表示形式难以集成到已有的基于 B-rep 表示或 CSG 表示的系统中。

减少八叉树表示所需的空间存储量的一种有效措施是线性八叉树。

 

10.        分形

   分形的四种构成方法

  (1)基于 L 系统的分形模型;

  (2)迭代函数系统( IFS )模型;

  (3)粒子系统模型;

  (4)随机插值模型。

典型的分形模型:

n       Koch 曲线

n       Dragon 曲线

n       Mandelbrot 集和 Julia 集

n       其他

 

 

 
真实感计算机图形学(二)--消隐及真实感图形生成 真实感计算机图形学(二)--消隐及真实感图形生成作者:田景成 发布时间:2001/02/07 文章摘要:  在"真实感计算机图形学(一)--自然景物模拟"一文中给出了在计算机的图形设备上实现真实感图形必须完成的四个基本任务,同时介绍了第一个任务的相关技术--三维造型中的自然景物模拟。本文将着重介绍第三和第四个任务--确定场 阅读详情

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