第11講 顏色視覺(jué)

知識(shí)單元二1掌握直線(xiàn)段的生成算法（DDA和Bresenham）；2掌握?qǐng)A弧的掃描轉(zhuǎn)換算法(中點(diǎn)畫(huà)圓法)；3掌握多邊形的掃描轉(zhuǎn)換算法(掃描線(xiàn)算法邊界標(biāo)志算法)4掌握區(qū)域填充算法(遞歸算法掃描線(xiàn)算法)5掌握裁剪算法（Cohen-Sutherland線(xiàn)段裁剪算法中點(diǎn)分割線(xiàn)段裁剪算法、Sutherland-Hodgeman多邊形裁剪算法）6消隱（掌握消隱基本概念、掌握畫(huà)家消隱算法和Z緩沖區(qū)消隱算法）7坐標(biāo)變換（掌握齊次坐標(biāo)表示方法、二維變換法及復(fù)合變換方法）1．（）生成算法是二維圖形生成技術(shù)的基礎(chǔ)。A直線(xiàn)B圓C曲線(xiàn)D橢圓

2寫(xiě)出邊界表示的四連通區(qū)域的遞歸填充算法3在多邊形的逐邊裁剪法中,對(duì)于某條多邊形的邊(方向?yàn)閺亩它c(diǎn)S到端點(diǎn)P)與某條裁剪線(xiàn)(窗口的某一邊)的比較結(jié)果共有四種情況，如果S和P均在可見(jiàn)的一側(cè)，則A輸出S點(diǎn)和P點(diǎn)。B輸出P點(diǎn)。C輸出線(xiàn)SP與裁剪線(xiàn)的交點(diǎn)。D輸出線(xiàn)段SP與裁剪線(xiàn)的交點(diǎn)和P點(diǎn)。4、以下有關(guān)Z-Buffer消隱算法正確說(shuō)法的是（）。A：Z-Buffer算法的Z緩沖區(qū)中每個(gè)單元的值對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)背景顏色的值B：Z-Buffer算法的Z緩沖區(qū)中每個(gè)單元的值對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)顏色的值C：Z-Buffer算法的Z緩沖區(qū)中每個(gè)單元的值對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的深度值D：Z-Buffer算法的幀緩沖區(qū)中每個(gè)單元的值對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的深度值實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)題目

基本圖形繪制實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

掌握基本圖形繪制方法實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

要求：（1）采用DDA算法畫(huà)直線(xiàn)（2）采用Bresenham算法畫(huà)直線(xiàn)（3）采用中點(diǎn)畫(huà)圓法畫(huà)圓上交：

實(shí)驗(yàn)報(bào)告（紙質(zhì)）

代碼（電子）實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)題目圖形繪制算法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆绽L制算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)上交：實(shí)驗(yàn)報(bào)告（紙質(zhì)）、代碼（電子）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：要求：從以下算法中選擇其中一個(gè)進(jìn)行算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（抽簽決定）1多邊形掃描線(xiàn)算法2多邊形邊界標(biāo)志算法3區(qū)域填充遞歸算法4區(qū)域填充掃描線(xiàn)算法5Cohen-Sutherland線(xiàn)段裁剪算法6中點(diǎn)分割線(xiàn)段裁剪算法7梁友棟裁剪算法8Sutherland-Hodgeman多邊形裁剪算法9畫(huà)家消隱算法10Z緩沖區(qū)消隱算法11光線(xiàn)投射消隱算法12區(qū)域子分割消隱算法13二維坐標(biāo)變換（平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、對(duì)稱(chēng)、錯(cuò)切、復(fù)合）學(xué)號(hào)1，14，27做同一道題學(xué)號(hào)2，15，28做同一道題3，16，294，17，305，186，197，208，219，2210，2311，2412，2513，26研討課內(nèi)容：算法實(shí)現(xiàn)包括：闡述算法的實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵代碼說(shuō)明，程序演示自愿+指定（共10人）時(shí)間：第8周綜合項(xiàng)目項(xiàng)目題目 1圖形繪制系統(tǒng) 2真實(shí)感圖形繪制要求：任選其一提交：項(xiàng)目文檔，源程序答辯定于第12周1圖形繪制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能：（1）圖形繪制（直線(xiàn)、圓、多邊形、曲線(xiàn)）（2）區(qū)域填充（3）圖形變換（4）人機(jī)交互大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢(xún)問(wèn)和交流2真實(shí)感場(chǎng)景繪制實(shí)現(xiàn)功能：（1）基本的實(shí)體元素（2）光照效果和紋理功能（3）交互功能知識(shí)單元三真實(shí)感圖形學(xué)

真實(shí)感圖形學(xué)研究什么？早期，計(jì)算機(jī)的速度，使人們滿(mǎn)足于線(xiàn)框圖

1967年，Wylie開(kāi)始了用計(jì)算機(jī)生成真實(shí)感圖形的探索。

21世紀(jì)，圖形無(wú)所不在！真實(shí)感圖形學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的另一大任務(wù)是對(duì)所表示的三維場(chǎng)景產(chǎn)生真實(shí)感效果。它在計(jì)算機(jī)輔助多媒體教育、科學(xué)計(jì)算可視化、動(dòng)畫(huà)制作、電影特技模擬、計(jì)算機(jī)游戲等教學(xué)、工作和生活中的許多方面均發(fā)揮了重要的作用。光照模型及真實(shí)感圖形的輸出研究也成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中一個(gè)最重要的組成部分之一。 真實(shí)感圖形學(xué)人們觀察世界時(shí)，依靠的是從物體表面發(fā)射或反射出的光線(xiàn)。當(dāng)物體的幾何形態(tài)確定之后，光照決定了整個(gè)場(chǎng)景的顯示結(jié)果。因此，真實(shí)感圖形的生成取決于如何建立一個(gè)合適的光照模型（illuminationmodel）。 真實(shí)感圖形學(xué)建立一個(gè)能模擬真實(shí)世界的光照模型相當(dāng)困難在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用中，一般沒(méi)有必要，也不可能精確地模擬光的所有物理性質(zhì)只要從某種程度上進(jìn)行模擬即可，當(dāng)然，其底線(xiàn)是避免由于近似而造成觀察者對(duì)形體表示上的混淆。真實(shí)感圖形學(xué)真實(shí)感圖形學(xué)顏色視覺(jué)基本概念三色學(xué)說(shuō)顏色模型OpenGL中的顏色使用基本概念顏色是外來(lái)的光刺激作用于人的視覺(jué)器官而產(chǎn)生的主觀感覺(jué)，影響的因素有：

物體本身光源周?chē)h(huán)境的顏色觀察者的視覺(jué)系統(tǒng)基本概念顏色屬于物理學(xué)和生理學(xué)的范疇，它的形成是一個(gè)復(fù)雜的物理和心理相互作用的過(guò)程，其中涉及光的傳播特性、人眼結(jié)構(gòu)及人腦心理感知等內(nèi)容。當(dāng)然視覺(jué)也有錯(cuò)誤顏色的視覺(jué)特性（心理學(xué)度量）

色調(diào)(Hue)：一種顏色區(qū)別于其他顏色的因素。飽和度(Saturation)：顏色的純度。亮度(Lightness):

光給人的刺激的強(qiáng)度。顏色的特性基本概念顏色物理特性主波長(zhǎng)（DominantWavelength)

產(chǎn)生顏色光的波長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)于視覺(jué)感知的色調(diào)。純度(Purity)對(duì)應(yīng)于飽和度。明度(Luminance)對(duì)應(yīng)于光的亮度?；靖拍畋硎绢伾幕咎匦?/p>

亮度垂直軸線(xiàn)上表示黑白系列的亮度變化，頂部是白色，底部是黑色，由下往上，亮度越來(lái)越大。顏色紡錘體基本概念由水平圓周表示，圓周上不同角度的點(diǎn)代表了不同色調(diào)的顏色，如紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等。色調(diào)基本概念圓周中心的色調(diào)是中灰色，它的亮度和該水平圓周上各色調(diào)的亮度相同。飽和度基本概念從圓心向圓周過(guò)渡表示同一色調(diào)下飽和度的提高。例如，顏色點(diǎn)C，半徑S決定C點(diǎn)顏色的飽和度；與水平軸S的夾角H決定C點(diǎn)顏色的色調(diào)；C點(diǎn)所在平面的高度L決定C點(diǎn)的亮度光的物理知識(shí)光是人的視覺(jué)系統(tǒng)能夠感知到的電磁波。波長(zhǎng)在400nm到700nm之間光可以由它的光譜能量分布P(λ)來(lái)表示400700(l)P能量波長(zhǎng)nml各種波長(zhǎng)的能量大致相等，為白光。基本概念各波長(zhǎng)的能量分布不均勻，為彩色光。400700(l)P能量波長(zhǎng)nml包含一種波長(zhǎng)的能量，其他波長(zhǎng)都為零，是單色光。400700(l)P能量波長(zhǎng)nml基本概念三色學(xué)說(shuō)（三刺激理論）一種假設(shè)：在人眼視網(wǎng)膜中有3種對(duì)顏色敏感的錐體細(xì)胞，它們分別對(duì)紅、綠、藍(lán)3種顏色最敏感。第1種錐體細(xì)胞專(zhuān)門(mén)感受紅光第2種錐體細(xì)胞專(zhuān)門(mén)感受綠光第3種錐體細(xì)胞專(zhuān)門(mén)感受藍(lán)光三者共同作用，使人們產(chǎn)生了不同的顏色感覺(jué)三色學(xué)說(shuō)（三刺激理論）三色學(xué)說(shuō)是真實(shí)感圖形學(xué)的生理視覺(jué)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中采用顏色模型都是根據(jù)這個(gè)學(xué)說(shuō)提出來(lái)。由三色學(xué)說(shuō)，任何一種顏色可以通過(guò)紅、綠、藍(lán)三原色按照不同比例混合來(lái)得到。自然界中各種顏色都能由這3種原色光按一定的比例混合而成顏色模型是指某個(gè)三維顏色空間中的一個(gè)可見(jiàn)光子集，包含某個(gè)顏色域的所有顏色。顏色模型的用途是在某個(gè)顏色域內(nèi)方便地指定顏色。顏色模型一個(gè)顏色模型是一種在某種特定環(huán)境中對(duì)顏色的特性和行為的解釋方法，沒(méi)有一種顏色模型能解釋所有的顏色問(wèn)題，因此，要使用不同的模型來(lái)幫助說(shuō)明能看到的不同的顏色特征。一些模型是適用于硬件的用于彩色CRT（陰極射線(xiàn)管）監(jiān)視器的RGB（紅、綠、藍(lán)）模型用于彩色打印系統(tǒng)的CMY（青色、品紅色、黃色）模型用于彩色廣播電視系統(tǒng)的YIQ模型另一些模型是以易用性為目的，為用戶(hù)提供更直覺(jué)的顏色參數(shù)，如HSV模型。顏色模型顏色模型原色系統(tǒng)RGB顏色模型CMY顏色模型HSV顏色模型顏色模型最基礎(chǔ)和最重要的是兩種原色混合系統(tǒng)：基于紅綠藍(lán)三原色定義RGB加色系統(tǒng)基于青品紅和黃定義CMY減色系統(tǒng)兩種系統(tǒng)的顏色互為補(bǔ)色：青-紅、品紅-綠、黃-藍(lán)，但習(xí)慣上把紅、綠、藍(lán)作為原色。RGB顏色模型RGB顏色模型基于紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三原色定義通常用于彩色CRT、彩色光柵圖形顯示系統(tǒng)等，是用R、G、B為坐標(biāo)軸的笛卡兒坐標(biāo)系的加色系統(tǒng)，即單個(gè)基色的貢獻(xiàn)加在一起得到結(jié)果的顏色。CMY顏色模型以紅、綠、藍(lán)的補(bǔ)色青、品紅、黃為原色構(gòu)成的顏色模型。常用于從白光中濾去某種顏色，又稱(chēng)為減性原色系統(tǒng)。對(duì)RGB顏色模型的直角坐標(biāo)系的子空間作下屬變換：C=1-R，M=1-G，Y=1-B，即得到CMY顏色模型直角坐標(biāo)系的子空間。HSV顏色模型RGB和CMY顏色模型都是面向硬件的HSV（HueSaturationValue）顏色模型是面向用戶(hù)的HSV顏色模型HSV模型對(duì)應(yīng)于圓柱坐標(biāo)系的一個(gè)圓錘形子集。圓錘的頂面對(duì)應(yīng)于V=1，代表的顏色較亮。色調(diào)H由繞V軸的旋轉(zhuǎn)角給定，紅色對(duì)應(yīng)于角度0°，綠色對(duì)應(yīng)于角度120°，藍(lán)色對(duì)應(yīng)于角度240°。每一種顏色和它的補(bǔ)色相差180°。HSV顏色模型色飽和度S取值從0到1，由圓心向圓周過(guò)渡。在圓錘的頂點(diǎn)處，V=0，H和S無(wú)定義，代表黑色；HSV顏色模型HSV顏色模型對(duì)應(yīng)于畫(huà)家的配色方法畫(huà)家用改變色澤和色深的方法來(lái)從某種純色獲得不同色調(diào)的顏色。Opengl中的顏色模型RGBA/RGB模式顏色索引模式兩種模式應(yīng)用場(chǎng)合

Opengl中的顏色模型RGBA/RGB模式對(duì)于每個(gè)像素，存儲(chǔ)R、G、B值，還可能有A值A(chǔ)值對(duì)顯示在屏幕上的顏色沒(méi)有直接影響，但其用途很多，其中包括混合和確定透明度。使用函數(shù)glColor*()來(lái)設(shè)置當(dāng)前顏色Opengl中的顏色模型顏色索引模式對(duì)于每個(gè)像素，存儲(chǔ)一個(gè)顏色索引每個(gè)索引對(duì)應(yīng)于一個(gè)表項(xiàng)，后者定義了一個(gè)R、G、B值組合。這種表成為顏色表。在索引顏色模式中，OpenGL需要一個(gè)顏色表。顏色表的大小是很有限的，一般在256~4096之間，且總是2的整數(shù)次冪。在使用索引顏色方式進(jìn)行繪圖時(shí)，總是先設(shè)置顏色表，然后選擇顏色Opengl中的顏色模型顏色索引模式顏色表方式下，可以調(diào)用glIndex*()函數(shù)從顏色表中選取當(dāng)前顏色

voidglIndex{sifd}(TYPEc);

voidglIndex{sifd}v(TYPE*c);s—短整型i—整型f—浮點(diǎn)型d—雙精度型ub—無(wú)符號(hào)字節(jié)型c—當(dāng)前顏色索引Opengl中的顏色模型兩種模式應(yīng)用場(chǎng)合在大多情況下，采用RGBA模式比顏色表模式的要多，尤其許多效果處理，如陰影、光照、霧、反走樣、混合等，采用RGBA模式效果會(huì)更好些；另外，紋理映射只能在RGBA模式下進(jìn)行。

Opengl中的顏色模型兩種模式應(yīng)用場(chǎng)合下面提供幾種運(yùn)用顏色表模式的情況：

1）若原來(lái)應(yīng)用程序采用的是顏色表模式則轉(zhuǎn)到OpenGL上來(lái)時(shí)最好仍保持這種模式，便于移植。

2）若所用顏色不在缺省提供的顏色許可范圍之內(nèi)，則采用顏色表模式。

3）在其它許多特殊處理，如顏色動(dòng)畫(huà)，采用這種模式會(huì)出現(xiàn)奇異的效果。

編程實(shí)例：混合效果

編程實(shí)例：混合效果

簡(jiǎn)單的透明混色定義：將某個(gè)像素的顏色和已繪制在屏幕上其對(duì)應(yīng)的像素顏色相互結(jié)合依賴(lài)于顏色的alpha通道的分量值可以將Al