文档介绍：第十章光照物体的显示
人眼感觉到的物体真实感图形是一个既有轮廓形状,在其表面上又有明暗与色彩的统一体,这个印象与感觉是物体反射或发射光线到达人眼所产生的结果。本章从众多因素中找出影响亮度与色彩计算的主要因素,并建立相应的数学模型,以解决光照物体的真实感显示问题。
§ 光色模型
一、光源
二、颜色
三、颜色模型
四、颜色映射
本节纲要
一、光源
、发射光源
能主动发射光线的物体,是光线的最原始来源,如:照射灯、太阳等。
、被动的反射光源
它是发射光源的照射下,物体表面反射光线所产生的光照。如:背景光照、月亮等。
1、照射在物体表面上光源有如下两种基本来源:
太
阳
月亮
2、描述一个光源通常应指出光源各光谱组成、光源的几何性质和光强分布三要素。对三要素的简述如以下:
、光源的光谱组成—决定了发射光源发射光线的色彩(彩色光线)。人所能看到可见光是一种电磁波信号,波长为400nm~700nm
之间,在改善观察的条件下,可达380nm~780nm。当光线中包含的各种波长的能量相等时,该光线即呈现白光;如果光线中各波长的能量不同时则呈现彩色光(简称色光)。现实中具有特定波长的光线(单色光)是很少的,大多数光线都包含有多种波长的光。
、光源的几何性质有两层含义:其一是指发射光源是点光源、线
光源、还是面光源。计算机生成图形一般都是假定在点光源照射条件下
生成的。对于线光源或面光源,一种模拟方法是在一条直线或者一个平
面上均匀放置足够数量的点光源。这种方法解决线光源与面光源计算量
非常大。其二是指光源发射的光线是平行光、还是非平行光、或类似于
舞台演出活动中使用的聚光光源(如图10-1所示)。
、光源的强度分布:是指光线在媒介空间传播途中,光线强度的变化情况。几乎所有的光线在媒介空间传播途中都会有衰减,这种衰减规律为光强的减小正比于物体与光源距离的平方。对于点光源,其发射的光线不但具有方向性(产生透视效果),而且光强的变化符合上述光强的衰减规律。有公式10-1.
α
α
θ
图10-1聚光光源的照射范围示意图
对于平行光,在有限范围内,其光强可认为是不变。如果
电光源到物体的距离远远大于物体本身的大小,则点光源可以
认为是一个平行光源,此时令, 则上式位置光源即
转化成为平行光源。
聚光光源的光强分布函数的一般描述形式为
其中n聚光光源的聚光指数;α为聚光光源的固定夹角,它决定了聚光光源的光照范围。
θ〉α
θ≤α
二、颜色
颜色大体分成7种颜色,即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7个主色。
人眼受色光的刺激而产生的色视觉(称为颜色)由三个参量决定:色光的亮度、
色彩和色饱和度。亮度:是色光强度的客观度量,也是人眼对色光明亮的程度
的主观评测;色彩:是用以区分红、橙、黄、绿、青、蓝、紫品红等谱色光
的术语;色饱和度:是颜色被多少白色所稀释的程度。
在物理学中对上述三个主观描述量常用颜色的主波长、纯度、辉度三个客观
变量来描述。主波长:是观察光线所能看到的那种颜色的波长;纯度:对应颜
色的饱和度;辉度:则是光能的数量。
下图是:主波长、纯度、辉度的光谱能量分布图
能量密度
e2
e1
400紫
480青
780红
波长mm
主波长
人们对色和色视觉做过大量的试验和研究总结出色光的混合定律
⑴人的视觉只能分辨色光的三种参量的变化,即亮度、色彩和度。
⑵两个色光相加混合而成为一个合成色光,如果一个色光成分
连续变化,则合成光的颜色也会连续变化。
⑶任一色总可以找到它的补色(两色相加混合为白色,则两色
互为补色)
⑷任何两个非互补色相加可得出中间色,其色感由两相加色的
强度及其比例关系确定。
⑸多个色光相加混合,合成色光的色感只有各个相加色光的色
感确定,与谱结构无关。
⑹多个色光相加混合,合成色光的亮度等于各个相加色光的亮
度等于各个相加的亮度之和。
1931年国际照明委员会(CIE)规定了RGB三基色的波长,即红光:700nm,绿光:546nm,蓝光:435nm。
白幕上RGB相加混色效果图
R:红 G:绿 B:蓝 C:青 Y:黄 W:白 M:品
R
G
B
C
Y
W
M
试验得出这三基色相加匹配成白光的亮度比例关系是
R:G:B=1 : :
因此,可以规定红绿蓝白4种颜色的相对亮度等级为T单位。
如规定红基色=10(nit)=1 T, 绿基色= (nit)=1 T,蓝基=(nit)=1 T,它们正好配成3T的白光,
1T白光的绝对物理亮度=
如果用R个(R)色,G个( G