三维包装CAD系统渲染功能的研究

　　营咄良好的环境。

　　一般说来，用计算机生成真实感形要解决下列技术问铨：场景造型??即景物外形的描述，用数学方法建立所需场景的几何描述。

　　投影变换??利用形变换方法生成轴测或透视。

　　消隐??将那些被不透明的面或物体遮蔽的线段或面消去。

　　光照模型??模拟光在场景中的传播与分布。

　　画面绘制??根据一定的光照模型，计算画面上每一点投射到观察者眼中的光亮度与颜色，将计算所得的画面显示在像屏幕上，形成一幅明暗不一，颜色相异，具有高光、阴影的高度真实感国像。

　　国形反混淆??消除由于采样不当而造成的图像的细节失真。

　　对于问题U 2、3，即物体的设确国形表示的实现，由于其对设音的依赖性不高，基本上是随着某些数学分支研究的发展而日趋芫善，所以目前在包装CAD领域中研究较多，也取得了一定的进展。4、5、6、7这四项内容综合起来事实上构成一个技术问题一渲染的实现。虽然渲染理论早在六、七十年71994-2014ChinaAcademicournal代已初步形成，但由于这些技术问题的解决受计算机发展水平的限制，因此直到近年来随着多色彩高分辨率光栅图形设音的发展，以及对光学与热能传播、某些数学分支和材料科学的研究，对这些问题的研究才渐渐发展起来。但在包装CAD领域涉及这方面的研究仍比较少。因此，我们提出对三维包装CAD系统渲染功能的研究，目的是将渲染理论应用到包装CAD系统，借助计算机图形有力地帮助我们进行包装产品的设计、包装商品的宣传。

　　二、三维包装CAD系统渲染功能的主要内容物体表面的明暗处理是增强图像真实感的*重要的一个方面。当在大自然中观察一个物体时，我们的眼睛能看到它的明暗、色彩和形状，都是由于物体“发出”的光到达人眼的结果。如果我们能计算出物体上每一个可见点所“发出”光的强度和色彩，把它转化为显示屏幕上相应象素的灰度或色彩强度，就能得到物体的真实感图形。光照模型就是模拟光在物体间传递过程，以确定物体可见表面每一点的亮度和颜色。

　　为可见物体的颜色和光照效果建立模型是一个非常复杂的过程，它同时包含物理学和心理学的内容。在现实世界中，光照射到物体表面产生的现象是很复杂的，它与光源的性质、形状、数量、位置有关，还与物体的几何形状、光学性质、表面纹理等许多因素有关，甚至与人眼对光的生理与心理因素有关。我们不可能把这一切都准确计算出来，因此需要找出主要因素，建立数学模型。为了模拟光能在场景中的传播与分布，需要提出一种光照模型。

　　现在已提出多种光照模型：有的简单，但逼真度不高；有的考虑全面，逼真度很高，但计算量大的惊人。因此我们必须根据三维包装CAD系统对逼真程度的要求来建立合适的光照模型。

　　在建立光照模型后，须进行画面绘制，即根据光照模型计算画面上每一点投射到观察者眼中的光亮度与颜色，将计算所得的画面显示在图像屏幕上。具体而言，画面绘制须解决如下问题：根据光照模型所建立的强度方程，确定画面上每点的光强度值和颜色值。由于强度方程中包含许多未知参数且这些参数的确定无定律可循，所以首先必须通过大量实验确定这些参数，或寻找这些参数的经验值。

　　由光照模型计算出来的光强度值必须转换为特定的图形系统中的一种强度等级，才能进行显示。对于彩色图形，我们必须为颜色模型的每个分量设置强度等级。

　　对于曲面体或多面体，我们常采用多边形网格来进行逼真表示，因此我们必须考虑如何应用光照模型来芫成由多边形面所组成的图形对象的绘制。对于多边形的处理*常用的是扫描线算法。同时考虑到一个三维图形通常由许多象素点组成，但我们不可能根据光照模型精确计算画面上每点的强度值和颜色值。因此，我们可用扫描线算法从光照模型来实现多边形面片的绘制。一种做法是将每个多边形用单一光强来绘制；另一种方法是用扫描法来得到面上各点的光强度。

　　3.透明、阴影、表面纹理的模拟自然界中许多物体是透明的，其中包括我们*常用的包装材料一玻璃。因此，在三维包装CAD系统中必须包含对透明的模拟。通常，一个透明的物体表面会同时产生反射光和折射光。折射光的相关作用决定于表面的透明程度以及是否有光源或光照表面位于透明表面之后。当要表示一个透明表面时，光强度计算公式必须将穿过表面的光线的作用包括进去。在大多数情况下，折射光线由面片背后的发光体形成。这些物体的反射光穿过透明表面而增加表面的总光强度。通过考虑光折射可模拟真实透明效果。

　　阴影是指景物中那些没有被光源直接照射到的暗区。当观察方向与光源方向不一致时，就会观察到阴影。阴影可以反映画面景物的相对位置，增强了图形的立体感和场景的层次感，丰富了画面的真实感。

　　目前已较成熟的阴影计算方法有影域多面体方法、多边形裁剪算法、Z缓冲器方法和光线跟踪算法。在三维包装CAD系统中实现这些算法时必须根据阴影计算的特点考虑如何减少计算时间和内存。

　　在计算机图形学中物体的表面细节称为纹理。如何实现包装容器表面的贴图、包装材料的质感是三维包装CAD系统必须具有的渲染功能。

　　图形反混淆又称图形反走样。图形的混淆表现在图形上的直线或光滑曲线呈锯齿状，图形细节或纹理绘制失真，以及细小的对象在画面上得不到反映。图形的混淆是由于计算机生成的图形是由离散点组成的图像，而直线、多边形的边、彩色边界等实际上是连续的，因而生成的图形必然与真实景物之间存在误差。

　　解决图形混淆的*简单的方法是提高光栅图形显示器的分辨率，但这种方法受到经济上与技术上的限制，花费代价大，况且分辨率并不是可以无限提高。所以我们必须采用软件的方法来解决三维包装CAD系统中图形混淆问题。

　　对于三维包装CAD系统来说，上述渲染功能的实现使我们可以在包装产品的设计期借助计算机方便地显示产品的真实感三维图形，并随意进行修改。这不仅仅意味着三维包装CAD系统的芫善，更主要的是包装CAD系统由平面向立体的转变，由线框图向真实感图形的发展。对于包装CAD行业这无疑会是一个飞跃。

　　在曰本，回收塑料饮料瓶须由专门的容器再利用公司进行。再生过程非常简单，即将塑料瓶粉碎后制成再生碎片，作为纤维、树脂原料销售。但是加果再生碎片中混有绿色，就只能作为绳子、隔板的原料来利用，价格也因纯度不同而有显著差别。塑料瓶回收迄今还未发现任何卫生、质量方面的问题。

　　为推进饮料产品容器的再利用进程，曰本政府于1997年出台了容器包装再利用法，规定饮料公司必须全额承担饮料容器的回收费用。曰本全国清凉饮料工业会和塑料瓶回收协议会也先后两度要求其加盟饮料公司全部改用透明塑料瓶，以便于回收。

　　今年3月份，曰本朝曰饮料公司忍痛割爰，放弃了“三矢汽水多年来一直使用的绿色包装，改用透明塑料瓶；月份又将的绿色包装全部换成透明的。此外，乳酸饮料公司、麒麟饮料公司也纷纷用无色透明塑料瓶替代绿色饮料瓶。据初步估计，目前曰本绿色包装饮料瓶的比例已由1998年的10+降至5%，下降势头明显。

　　绿色塑料瓶多用于绿茶容器。近几年，随着人们对健康的要求和老年人的喜好，绿茶市场不断扩大，饮料公司之间打起了却在这场商战中扮演着非常重要的角色。这也正是有些饮料公司不肯放弃使用绿色塑料瓶的原因所在。

　　绿茶行业的“老大”伊藤园公司*早采用绿色塑料瓶装绿茶，他们称绿色塑料瓶可防紫外线、保证产品质量，是绿茶包装瓶的**，公司宁可负担高昂的回收费用，也不打算改用透明塑料瓶。可口可乐公司曰本分公司虽打算将“雪碧”的容器改成透明包装，但是考虑到“雪碧”是世界品牌，而容器的颜色又是品牌的重要要素，因此决定不轻易改动。但改换包装瓶又似乎是大势所趋，因此可口可乐曰本分公司不得不就这个问题与美国总部进行协商。

　　而那些已将绿茶饮料包装改成透明色的厂家则想方设法在透明塑料瓶的外包装上大费工夫，或用绿色薄膜覆盖，或改变绿茶的生产方法，突出鲜亮的绿色，以维持绿茶饮料的传统形象。

　　（由中国包装信息网提供）

(完)