[发明专利]一种基于超椭圆的计算区域光照的方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形技术领域，涉及光照计算渲染场景，为一种基于超椭圆的计算区域光照的方法。

背景技术

(1)虚拟现实与计算机图形学

由于视觉系统在虚拟现实中扮演着至关重要的角色，如今的虚拟现实技术的一大组成部分就是三维图像生成技术，而这则与计算机图形学息息相关。

计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。

OpenGL(全写Open Graphics Library)是一个定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口的规格，它用于三维图象(二维的亦可)。OpenGL是个专业的图形程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层图形库。OpenGL是行业领域中最为广泛接纳的2D/3D图形API,其自诞生至今已催生了各种计算机平台及设备上的数千优秀应用程序。OpenGL是独立于视窗操作系统或其它操作系统的，亦是网络透明的。在包含CAD、内容创作、能源、娱乐、游戏开发、制造业、制药业及虚拟现实等行业领域中，OpenGL帮助程序员实现在PC、工作站、超级计算机等硬件设备上的高性能、极具冲击力的高视觉表现力图形处理软件的开发。

(2)光照计算

当光照射到物体表明的时候，物体表明会产生反射光；如果物体是透明的，则会产生透射光，此处不考虑透射光。反射光分为三个分量，即漫反射、镜面反射和环境反射。

漫反射，是投射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象，这些反射出来的光称为漫射光(Diffuse Light)，遵循光的反射定律；镜面反射光(Specular Light)指朝一定方向的反射光，反射面是光滑的，同样遵循光的反射定律。如果一个点光源照射到一个金属球时会在球面上形成一块特别亮的区域，呈现所谓“高光(Highlight)”。通常物体处在一个环境中，会受到来自周围环境的反射光的照射，包括如天空，地面等。环境反射分量假定入射光均匀的从周围环境入射至模型表面并等量的向各个方向反射出去，这些反射光称为环境光(Ambient Light)。

在openGL中，直接光照的计算通常是以建立一定的光照模型为基准。图1是经典的Phong模型。相关计算公式包括：

Diff＝k_d*L_d*cosθ

其中，Diff为漫反射光的光亮度，k_d为漫射系数，取决于表面材料及入射光波长，L_d为光源垂直入射时反射光的光亮度，θ为入射角。

Spec＝k_s*L_s*cosⁿθ

其中，Spec为镜面反射光亮度，k_s为镜面反射系数，取决于表面材料及入射光波长，L_s为入射光亮度，θ为入射角，n为镜面反射光的会聚指数，与物体表面光滑度有关。

(3)超椭圆曲线

在二次方程中插入额外的参数，即形成了超二次曲线，所插入的参数一般用来调整曲线的形状。而超椭圆曲线是超二次曲线中较为经典的一种，是以椭圆为基础扩大指数取值范围而扩展成的一族封闭曲线。

标准超椭圆(superellipse)也称为拉梅曲线(Lamé curve)，是在笛卡儿坐标系下满足以下方程式的点的集合：