高级计算机图形学ACG00
计算机图形学
计算机图形学
,简称CG,是研究计算机图像处理和图像显示技术的一门学科。
它涉及到从算法到图像的相关实现技术。
它是一门交叉学科,涉及到数学、物理、计算机科学、工程、心理学等多个领域。
的发展历程可以追溯到20世纪50年代。
在这个时期,由于计算机的发展,人们开始将计算机作为处理数字图像的工具。
最初,人们使用计算机来数字化图像,但由于计算机的计算速度很慢且存储容量很小,无法处理大量的数据。
这时,人们开始研究如何利用计算机实现快速有效的图像处理和显示技术,逐渐形成了今天的。
涉及到几何处理、光学物理、色彩学、物理学、图像处理和计算机科学等多个学科。
它的研究方向很广泛,在CAD设计、游戏开发、虚拟现实等领域都有巨大的应用价值。
例如今天的3D电影、游戏、动画等都是在的基础上实现的。
的一个重要问题是如何构建真实感图像。
这需要涉及到光线的传播、反射、折射等物理现象,以及光源、材质、纹理和阴影等
概念。
为了实现真实感图像,人们发展了许多算法和技术,包括光线跟踪、光线追踪、全局光照等技术。
此外,还涉及到模型构建、动画生成等研究。
例如在CAD设计中,人们使用模型构建技术来创建各种复杂的机械部件、汽车、建筑等模型。
在动画生成中,人们使用动画序列技术来模拟各种动态的过程,例如游泳、跑步、跳舞等。
总之,是一个极具挑战性和创新性的领域,它的研究成果已经广泛应用到游戏、影视、工程、航天、医学等领域。
随着计算机性能的不断提升和算法技术的不断更新,必将迎来更加广阔的发展空间。
《计算机图形学》课件
光照模型与阴影生成算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现实和 电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体 的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理 压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现 实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作 。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色,提供沉浸式 的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现,帮助人们理 解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境,实现人机交互,增强现实 感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据,通常 用于表示真实世界或模拟的视觉信息 。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示,为观众提供沉浸式的 观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理,将三维物体以全息图像 的形式呈现出来,使观众能够从不同角度观察到物体的立体 形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性 的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合,提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度(或 明度)来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道 。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值 来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布 和强度,以达到特定的
视觉效果。
图像分割
-计算机图形学
•STN •CSTN •TFT
•有机发光二极管(OLED)显示器 •场效应发光管FED
绘图标准
•Uinx工作站:GKS、PHIGS、X-Windows •PC:
MFC & OpenGL 、 DirectX与 Direct3D
基本图形的生成
图形生成的原理 离散化 矢量图形 直线的生成
•直线的表示:计算机中只能用有限个点
算法:直线起点 ( x0 , y0 ) ,终点 ( x1 , y1 ) ,中点( xM , yM )
a y0 y1 其中 b x0 x1 于是有 c x y x y 0 1 1 0
构造判别式:
F ( x, y ) 0 直线上的点 F ( x, y ) 0 直线上方的点 F ( x, y ) 0 直线下方的点
显示处理器
图形显示设备原理
光栅扫描显示器
光栅图象 其余为0 电子束重复 扫描
数据 帧缓冲器
Y
每个位面有0、1两种状态 其上有不同颜色的荧光物质
矢量信息
光栅点阵信息
内存显 示文件
矢量光栅 转换器
Z X
帧缓冲 存储器
显示控制 器DCU
CRT
图形显示设备原理
彩色图象显示原理
图形显示设备原理
彩色图象显示原理
式表示
图形显示设备原理
阴极射线管显示器CRT
•阴极射线管
加速 电极 偏转系统 屏荧来自层非偏转电子束 电 子 枪 控 制 栅 聚 焦 系 统
垂 直 偏 转
水 平 偏 转
偏转后的电子束
图形显示设备原理
•光栅显示器类型
•随机扫描显示器
计算机图形学概述分析课件
电影特效中的计算机图形学
3D建模与贴图
利用计算机图形学,电影制作人员可以 创建逼真的3D场景和角色模型,为电 影添加视觉效果。
合成与渲染
利用计算机图形学技术,电影中的多 个特效和场景可以合成在一起,并通
过渲染得到最终的视觉效果。
特效制作
通过计算机图形学,电影中的特效如 火、水、烟雾等得以实现,增强电影 的视觉冲击力。
计算机图形学概述分析 课件
目录
Contents
• 计算机图形学简介 • 计算机图形学基础知识 • 计算机图形学关键技术 • 计算机图形学应用案例 • 计算机图形学未来发展
01 计算机图形学简介
定义与概念
定义
计算机图形学是研究使用计算机生成 和操作图形的科学。
概念
通过编程技术,将数据转化为图像并 在屏幕上显示。
发展历程
起步阶段
20世纪50年代,计算机图形学开始起步,主要应用于科学可视化 。
发展阶段
20世纪80年代,随着个人电脑的普及,计算机图形学在娱乐、广 告等行业得到广泛应用。
成熟阶段
21世纪初,随着计算机硬件和软件技术的飞速发展,计算机图形 学在电影制作、游戏设计等领域达到高峰。
应用领域
电影与游戏制作
增强。
02 计算机图形学基础知识
图像表示与处理
01
02
03
图像数字化
将连续的图像转换为离散 的像素集合,便于计算机 处理。
图像编码与压缩
通过特定的算法对图像数 据进行压缩,以减少存储 空间和传输时间。
图像增强
通过各种技术改善图像的 视觉效果,如对比度增强 、噪声去除等。
颜色理论与空间
RGB颜色模型
将三维场景转换到二维屏幕上的过程 ,涉及到颜色、光照和纹理等细节的 处理。
计算机图形学
计算机图形学(Computer Graphics)是研究怎样用计算机生成、处理和显示图形的一门新兴学科,国际标准化组织(ISO)定义为:计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形,并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科计算机图形学的基本含义是使用计算机通过算法和程序在显示设备上构造出图形来。
与此相反,图像处理是将客观世界中原来存在的物体的影像处理成新的数字化图像的相关技术,并研究如何从图像中提取二维或三维物体的模型。
它所研究的是计算机图形学的逆过程计算机图形学的应用1. 图形用户界面2. 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)3. 事务和商务数据的图形展示4. 地形地貌和自然资源的图形显示5. 过程控制及系统环境模拟6. 电子出版及办公室自动化7. 计算机动画和艺术8. 科学计算的可视化9. 工业模拟10. 计算机辅助教学数值微分法对直线上任何给定的x的增量△x和y的增量△y,有下列计算公式:△y =k·△x (3–2)或△x = △y / k (3–3) 对于具有斜率绝对值|k|<1的线段,可以让x从起点到终点变化,每步递增(或递减)1,即令△x =±1,则△y =±k。
若前一次的直线上像素点坐标为(x i,y i),这一次的直线上像素点坐标为(x i+1,y i+1),则x i+1 = x i±1,y i+1 = y i±k。
随后用putpixel 函数输出该像素的颜色值即可。
对于具有斜率绝对值|k|>1的线段,可以让y从起点到终点变化,每步递增(或递减)1,即△y=±1,用(3–3)式计算对应的x增量,即△x=±1/kBresenham画线算法此算法的一个主要思想是借助于一个决策变量dk,来确定下一个该点亮的像素点。
对于直线斜率k在0~1之间的情况,如图3.3 所示,从给定线段的左端点(x1,y1)开始,逐步处理每个后续列(x位置),并在扫描线y值最接近线段的像素上绘出一点。
计算机图形学完整ppt课件
工业设计
利用计算机图形学进行产品设计、仿 真和可视化,提高设计效率和质量。
建筑设计
建筑师使用计算机图形学技术创建三 维模型,进行建筑设计和规划。
计算机图形学的相关学科
计算机科学
计算机图形学是计算机科学的一个重 要分支,涉及计算机算法、数据结构、 操作系统等方面的知识。
物理学
计算机图形学中的很多技术都借鉴了 物理学的原理,如光学、力学等,用 于实现逼真的渲染效果和物理模拟。
02
03
显示器
LCD、LED、OLED等,用 于呈现图形图像。
投影仪
将计算机生成的图像投影 到大屏幕上,用于会议、 教学等场合。
虚拟现实设备
如VR头盔,提供沉浸式的 3D图形体验。
图形输入设备
键盘和鼠标
最基本的图形输入设备,用于操 作图形界面和输入命令。
触摸屏
通过触摸操作输入图形指令,常 见于智能手机和平板电脑。
多边形裁剪算法
文字裁剪算法
判断一个多边形是否与另一个多边形相交, 如果相交则求出交集部分并保留。
针对文字的特殊性质,采用特殊的裁剪算法 进行处理,以保证文字的完整性和可读性。
05
光照模型与表面绘制
光照模型概述
光照模型是计算机图形学中用于模拟光线与物体表面交互的数学模型。
光照模型能够模拟光线在物体表面的反射、折射、阴影等效果,从而增强图形的真 实感。
二维纹理映射原理
根据物体表面的顶点坐标和纹理坐标,计算出每个像素点对应的纹 理坐标,从而确定像素点的颜色值。
二维纹理映射实现方法
使用OpenGL中的纹理映射函数,将纹理图像映射到物体表面。
三维纹理映射技术
三维纹理坐标
定义在三维空间中的坐标,表示纹理图像上的位置。
(计算机图形学)1.CG概论
•
教育及训练
•
科学计算可视化
•
CAD/CAM
Association for Computing Machinery 图形学会议
• ACM SIGGRAPH会议是计算机图形学 最权威的国际会议,每年在美国召开, 参加会议的人在50,000人左右。世界 上没有第二个领域每年召开如此规模 巨大的专业会议,SIGGRAPH会议很 大程度上促进了图形学的发展。
CG发展历程
90年代至今,CG获得广泛应用
• 90年代,随着计算机的运算能力的提高,PC机普及, windows技术、VR技术、OpenGL及DirectX图形标准技术、 WEB应用技术、多媒体技术等迅速发展,图形处理速度加 快,使得图形学的各个研究方向得到充分发展,图形学已 广泛应用于:
•
动画及游戏、影视娱乐等
然而已知的实现方法,其实现效果还较为初步,无法实现复杂的视觉 特效,离实时的高真实感渲染还有很大差距。其主要原因是:
①缺乏良好的数据组织方法,基于GPU方法由于硬件的架构原因,数 据组织无法如同CPU方法一样的组织,因此对复杂的数据结构仍无法 得到很好地支持。
的PADL-1系统等实体造型系统 • 74年美国国家标准化局(ANSI)提出制定有关标准,77年制定核心
图形系统(CGS)。德国85年提出图形核心系统(GKS), ISO 91年 发布图形设备接口(CGI) ,此外还有IGES、STEP等标准。这些标 准为计算机图形学的推广应用起到了重要作用。
CG发展历程
• 用于模拟艺术效果,研究方法有别于真实 感图形学
• 钢笔素描的生成
• 钢笔素描产生于中世纪,从19世纪开始成为一 门艺术20世纪90年代开始研究用计算机模拟
• 中国国画与书法的生成
计算机图形学(C语言)教案
计算机图形学(C语言)教案第一章:计算机图形学概述1.1 课程介绍计算机图形学的定义和发展历程C语言在计算机图形学中的应用1.2 图形系统的基本概念图形系统的硬件和软件组成坐标系统和图形坐标变换1.3 图形处理基本算法图形算法的分类常见图形算法介绍第二章:C语言图形库简介2.1 OpenGL库介绍OpenGL的概念和发展历程OpenGL的基本组成和功能2.2 GLUT库介绍GLUT的概念和功能GLUT的基本API和使用方法2.3 C语言图形库的选择和配置选择适合的图形库图形库的配置和集成第三章:图形绘制基础3.1 图形绘制基本概念图形绘制原理图形绘制流程3.2 基本图形的绘制点、线、圆的绘制方法字符和图像的显示3.3 颜色和光照处理颜色模型和颜色转换光照模型和光照计算第四章:图形变换和模型视图4.1 图形变换坐标变换和矩阵运算几何变换和图像变换4.2 模型视图视图变换和投影相机控制和视角设置4.3 三维图形绘制三维图形的建模和绘制方法曲面和体的绘制技巧第五章:动画和交互技术5.1 动画基础动画的概念和分类动画的实现方法和算法5.2 关键帧动画关键帧动画的原理和实现动画插值和优化技术5.3 交互技术用户输入和事件处理鼠标和键盘交互设计第六章:图形算法6.1 填充算法扫描线填充算法原理种子填充算法原理6.2 裁剪算法裁剪的概念和分类凸多边形裁剪算法6.3 图像分割算法图像分割的概念和应用阈值分割算法和区域生长算法第七章:图像处理基础7.1 图像处理基本概念数字图像的表示和存储图像处理的基本操作7.2 图像增强图像增强的目的和方法直方图均衡化和对比度增强7.3 图像滤波滤波器的设计和分类线性滤波和非线性滤波第八章:OpenGL高级功能8.1 纹理映射纹理映射的概念和原理纹理坐标和纹理映射过程8.2 光照模型光照模型的概念和分类Phong光照模型和Blinn-Phong光照模型8.3 阴影技术阴影的类型和方法软阴影和硬阴影的实现第九章:图形编程实践9.1 绘制一个简单的三角形设置窗口和初始化OpenGL绘制一个三角形的基本步骤9.2 实现一个简单的动画动画的原理和实现方法绘制一个旋转的立方体动画9.3 开发一个简单的图形应用程序图形应用程序的开发流程设计一个简单的3D场景第十章:项目实践10.1 项目选择和规划选择适合的项目主题制定项目开发计划10.2 项目开发和实现按计划进行项目开发解决项目开发过程中遇到的问题10.3 项目测试和优化测试项目的功能和性能对项目进行优化和改进第十一章:图形硬件和性能优化11.1 图形处理器(GPU)GPU的工作原理和架构GPU编程模型和API11.2 图形性能优化渲染管线和性能瓶颈优化技巧和策略11.3 实时图形渲染实时图形渲染的挑战实时渲染技术和算法第十二章:计算机动画12.1 动画原理和技术关键帧动画和补间动画骨骼动画和蒙皮动画12.2 动画编辑和播放动画编辑器的实现动画播放器和交互控制12.3 物理动画和效果粒子系统和不规则动画流体动力学和模拟动画第十三章:虚拟现实和增强现实13.1 虚拟现实技术VR系统的原理和设备VR应用程序开发和实践13.2 增强现实技术AR系统的原理和设备AR应用程序开发和实践13.3 混合现实和交互混合现实的概念和应用虚拟物体与现实世界的交互第十四章:图形学综合案例分析14.1 图形学应用案例游戏开发和图形学的关系图形学在其他领域的应用案例14.2 图形学项目的挑战和解决方案项目开发过程中的常见问题解决方案和最佳实践14.3 图形学未来趋势和展望图形学的发展方向图形学在未来的应用前景第十五章:课程总结和考试15.1 课程回顾本门课程的主要内容和知识点学生的学习成果和收获15.2 考试内容和策略考试的形式和要求考试的准备和复习策略15.3 课程反馈和改进学生对课程的评价和建议课程的改进方向和计划重点和难点解析第一章:重点:计算机图形学的定义和发展历程,C语言在计算机图形学中的应用。
计算机图形学PPT课件
三维图形投影方法
正投影
平行光线垂直投射到投影面上 ,形成物体的正投影。
斜投影
平行光线与投影面成一定角度 投射,形成物体的斜投影。
透视投影
从视点出发,通过透视变换将 三维物体投影到二维平面上。
阴影生成
根据光源位置和物体形状,计 算阴影的位置和形状。
05
真实感图形绘制技术
Chapter
消隐技术
消隐算法分类
计算机图形学PPT课件
目录
• 引言 • 图形系统基础 • 基本图形生成算法 • 三维图形变换与观察 • 真实感图形绘制技术 • 曲线与曲面绘制技术 • 计算机动画技术 • 计算机图形学前沿技术
01
引言
Chapter
计算机图形学概述
01
02
03
计算机图形学定义
研究计算机生成、处理和 显示图形的一门科学。
平移变换 旋转变换 缩放变换 镜像变换
将三维图形沿x、y、z方向移动一 定距离,不改变图形形状和大小 。
在x、y、z方向分别进行缩放,可 改变图形的大小和形状。
三维图形复合变换
变换顺序
先进行缩放、旋转,再进行平移,注意变换顺序对结果的影响。
变换矩阵
将各种基本变换表示为矩阵形式,便于进行复合变换的计算。
医学诊断
通过计算机图形学技术,医生可以更 直观地了解病人病情,进行更准确的 诊断和治疗。
军事模拟
计算机图形学在军事模拟和训练中发 挥重要作用,提高训练效果和作战能 力。
THANKS
感谢观看
通过模拟自然现象或物理过程,生成具有真实感的动画效 果。
过程动画制作流程
建立自然现象或物理过程的数学模型,利用计算机图形学 技术模拟模型的运动和变化过程,生成具有真实感的动画 效果。
计算机图形学(真实感图形的显示)课件
科学家使用计算机图形学来呈现复杂的数据和模拟结果,帮助人们更好地理解科学概念。
科学可视化
02
CHAPTER
真实感图形的显示技术
纹理映射是一种将二维图像映射到三维表面上的技术,以增加物体的表面细节和真实感。
通过纹理映射,可以模拟出物体的表面纹理、质地和图案,如砖块、木材、石材等。
纹理映射还可以用于实现环境贴图、反射贴图等高级效果,以增强场景的真实感。
计算机图形学(真实感图形的显示)课件
目录
计算机图形学简介真实感图形的显示技术3D模型的构建与渲染实时渲染技术未来展望
01
CHAPTER
计算机图形学简介
01
02
03
计算机图形学用于创建逼真的特效和虚拟场景,为电影和游戏提供视觉上的吸引力。
电影和游戏制作
通过计算机图形学,建筑师可以创建三维模型,进行可视化设计和分析。
03
CHAPTER
3D模型的构建与渲染
一款专业的3D建模和渲染软件,广泛应用于游戏开发、电影制作和广告设计等领域。
3D Studio Max
Blender
Maya
开源的3D图形软件,具备建模、动画、渲染和后期制作等功能。
高端的3D动画软件,适用于电影、电视和游戏开发等领域。
03
02
01
定义模型的表面属性,如颜色、光泽度和纹理等。
材质
为模型添加纹理和细节,使其表面更加逼真。
贴图
通过调整材质和贴图的参数,使模型呈现出更加真实的效果。
材质与贴图的结合
骨骼系统
为模型添加骨骼,并设置骨骼的关节和运动范围。
04
CHAPTER
实时渲染技术
实时渲染技术是一种计算机图形学技术,它能够实时生成具有真实感的图形。
计算机图形学完整课件
由于我们使用的只是d的符号,而且d的增量都是整数,只是其初始值包含小数。因此,我们可以用2d代替d,来摆脱小数,写出仅包含整数运算的算法:
void MidpointLine(x1,y1,x2,y2,color) int x1,y1,x2,y2,color; { int a,b,d1,d2,dx,y; a=y1-y2; b=x2-x1; d=2*a+b; d1=2*a; d2=2*(a+b); x=x1; y=y1;
setpixel(x,y,color); while(x<x2) { If(d<0) {x++;y++d+=d2;} else {x++;d+=d1;} setpixel(x,y,color); }
2.1.3 Bresenham 画线算法
算法分析
算法推导
可视化效果图
2.1.4 图形环境的设置
1.2 计算机图形学的发展
1.2.1 计算机图形学的发展简史 50年代准备阶段 60年代发展阶段 70年代推广应用阶段 80年代系统实用化阶段 90年代标准化智能化阶段
1.2.2 计算机图形学的发展方向 造型技术的发展 真实图形生成技术的发展 人—机交互技术的发展 模拟艺术的仿真 计算机动画
另外,为了方便起见,我们只考虑中心在原点,半径为整数R的圆x2+y2=R2。对于中心不在原点的圆,可先通过平移变换,化为中心在原点的圆,再进行扫描转换,把所得的像素坐标加上一个位移量即得所求像素坐标。
1.3 计算机图形学的应用
1.用户接口 2.计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 3.地形地貌和自然资源图 4.计算机动画和艺术 5.件 计算机图形系统软件 计算机图形显示原理 光栅扫描式图形显示器
教学课件 《计算机图形学》
孔斯曲面。法国雷诺公司的贝赛尔(P.Bezier)也提出了Bezier曲
线和曲面,他们被称为计算机辅助几何设计的奠基人。
•
70年代是计算机图形学发展过程中一个重要的历史时
期,计算机图形技术的应用进入了实用化的阶段,交互式图形系
统在许多国家得到应用;许多新的更加完备的图形系统不断被研
制出来。除了在军事上和工业上的应用之外,计算机图形学还进
次使用了“计算机图形”(Computer Graphics)这
个术语。此论文指出交互式计算机图形学是一个
可行的、有用的研究领域,从而确立了计算机图
形学作为一个崭新的学科分支的独立地位。
•
1964年,孔斯(S.Coons)提出了用小块曲面片组合表
示自由曲面,使曲面片边界上达到任意高阶连续的理论方法,称
•
1.以大型机为基础的图形系统
•
2.以中型或小型机为基础的图形系统
•
3.以工作站为基础的图形系统
•
4.以微机为基础的图形系统
2.2 图形硬件设备
•2.2.1图形显示设备
•1.阴极射线管(CRT)
• 最大偏转角 • 余辉时间 • 刷新 • 刷新频率
• 2.彩色阴极射线管(彩色CRT)
• 电子束穿透法 • 荫罩法
• 常用概念:
• 图像刷新 • 行频、帧频 • 逐行扫描、隔行扫描 • 像素 • 分辨率 • 点距 • 显示速度 • 帧缓冲存储器(帧缓存、显示存储器) • 色彩与灰度等级 • 颜色查找表
• 6.液晶显示器(Liquid-Crystal Display)
• 可视角度 • 点距和分辨率
• 7.等离子显示器
•
6.科学计算可视化
第2章 图形系统
计算机图形学OpenGL(第三版)课件
REPORTING
• 计算机图形学概述 • OpenGL基础知识 • 3D图形绘制 • 动画与交互 • 高级技术与应用 • 案例与实践
目录
PART 01
计算机图形学概述
REPORTING
计算机图形学的定义与分类
计算机图形学是一门研究计算机生成 和操作图形的科学,它通过数学算法 和计算机程序实现二维和三维图形的 生成、渲染和交互。
虚拟现实中的图形渲染技术
3D场景构建
利用OpenGL的3D图形渲染能力,构建逼真的虚拟现实场景,提供 沉浸式的体验。
实时交互与动态渲染
在虚拟现实中实现实时交互,如人物移动、视角变换等,同时根据 用户行为动态调整渲染效果,提高虚拟现实的真实感和沉浸感。
虚拟现实应用开发
结合OpenGL技术,开发各种虚拟现实应用,如虚拟旅游、虚拟展览 、虚拟教育等,拓展虚拟现实技术的应用领域。
OpenGL库(如GLUT或GLEW )。
对于Linux系统,需要安装 OpenGL库(如GLUT或SDL) 和相应的编译器。
开发者还需要了解如何配置项 目以包含OpenGL头文件和链 接OpenGL库。
OpenGL基本操作
01
02
03
04
05
初始化OpenGL 上下文
绘制基本图形
变换和投影
光照和材质
纹理映射
创建窗口,设置窗口回调 函数,创建渲染上下文等 。
使用OpenGL提供的函数绘 制点、线、多边形等基本 图形。
理解并使用平移、旋转、 缩放等变换以及投影矩阵 。
设置光源、材质属性以及 光照模型。
加载和绑定纹理,对几何 图形进行纹理映射。
计算机图形学课件
具体操作
裁剪和交叠的实现需要用到裁剪面和 视景体等概念,裁剪面是指与图形相 交的面,视景体是指观察者所能看到 的区域。在进行裁剪时,需要判断图 形的各个部分是否在裁剪面内,并根 据情况对图形进行裁剪;在进行交叠 时,需要将图形按照一定的顺序排列 ,以避免重叠遮挡。
应用
裁剪和交叠广泛应用于计算机图形学 中的图形绘制和渲染等领域,它们能 够提高绘制的效率和效果。
04
计算机图形学高级技术
真实感图形渲染
总结词
通过复杂的算法和计算,将图形渲染为具有高度真实感的图像。
详细描述
真实感图形渲染技术包括对光线的模拟、阴影的处理、反射和折射的效果等 ,以产生具有真实感的图像。
纹理映射和环境贴图
总结词
将纹理和环境贴图映射到三维模型上,增加模型的细节和视觉效果。
详细描述
个基本属性。
光照和阴影
环境光
来自周围环境的均匀照射光。
点光源
从一个点发出的光,可以产生阴影效果。
方向光
纹理映射
来自一个特定方向的光,可以产生阴影效果 。
将纹理图像映射到三维模型表面,增加视觉 效果的真实感。
纹理和材质
纹理贴图
将纹理图像映射到三维模型表面,增加视 觉效果的真实感。
纹理坐标
指定纹理贴图在三维模型表面的位置和方 向。
分类
视图变换分为固定视角和自由视 角两种,固定视角是指观察者视 角固定,只能观察到场景的某一 个固定方向,而自由视角则允许 观察者在场景中自由移动,观察 到场景的任意方向。
应用
视图变换广泛应用于三维游戏、 虚拟现实等领域,它能够提供更 加真实的观察体验。
裁剪和交叠
定义
裁剪是指在绘制图形时,将图形的一 部分隐藏在视景体之外,以避免不必 要的绘制;交叠是指在绘制多个图形 时,将它们按照一定的顺序排列,以 避免重叠遮挡。
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高级计算机图形学Advanced Computer GraphicsCourse No. 04814560主讲教师:裴玉茹Instructor: Yuru PeiEmail: peiyuru@Department of Machine IntelligencePeking UniversityWelcome to Advanced Computer Graphics Introductions–Instructor: 裴玉茹•Office: Science Building 2, 2224#•Email: peiyuru@.cm•Office Phone: 62756657–TA:魏嘉•Email: weijia@About this courseTopicsAbout This CourseAdvanced Computer Graphics–Course NO. 04814560Webpage–/vision/Visual&Robot/people/pei%20yuru/acg09.htm 14 Lectures + 2 PresentationsTime and Place–Monday, 14:40-17:40–Teaching Building 2, 413About This Course Evaluation Method–Final Score = 80%A+20%B–A: Two class projects and written assignments•Presentation•Programming•Reading report–B :Final examination–Bonus☺PrerequisitesIntroduction to Computer Graphics–Familiar with concepts in ComputerGraphicsProgramming background in C/C++–OpenGL / Directx3DMathematics–Linear algebraReferencesAkenine-Moller and Haines, Real-time rendering (2/3 ed), AK PETERS, LTD.Alan Watt. 3D Computer Graphics, (3rd ed), Addison-Wesley, 1999.Kerlow, Isaac Victor, The art of 3D computer animation and effects(3rd ed),John Wiley, 2004.Donald Hearn,M.Pauline Baker,Computer Graphics with OpenGL,(3rd ed),Pearson,2004.James D. Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner, John F. Hughes, Computer Graphics: Principles and Practice in C, (2nd ed),Addison-Wesley Professional, 1995.Dave Shreiner, Mason Woo, Jackie Neider, Tom Davis,OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL®, Addison Wesley Professional.Course Goals Introduce current trends of computergraphics-Conference, JournalsThe state of art of computer graphics–Digital cartoon movies –Computer games3D DigitalCartoon Movie3D ComputerGameCGResearchCGConferenceCG JournalCGResearcherTrends of Computer Graphics Conference–ACM SIGGRAPH•International Conference on Computer Graphics andInteractive Techniques•30,000~40,000 participants, 20%, ToG–EuroGraphics•Annual Conference of the European Association forComputer Graphics•500~600, 20%, Computer Graphics Forum–PG•Pacific Conference on Computer Graphics and Applications •Approx. 400, the Visual Computer/ Computer GraphicsForumTrends of Computer GraphicsJournal–ACM ToG•Transactions on Graphics–IEEE Trans. VCG•Transactions on Visualization and Computer Graphics –IEEE Computer Graphics & Application–The Visual Computer–Computer Graphics Forum–Computer Animation and Virtual WorldsTrends of Computer Graphics ResearchersThe ACM SIGGRAPH Awards program–The Steven A. Coons Award–The Computer Graphics Achievement Award–The Significant New Researcher AwardLaboratory–Computer Graphics Group at Stanford University–Computer Graphics Lab at MIT–Computer Graphics Lab at ETH Zurich–MSRA–State Key Lab of CAD&CG at ZJU–...2008 Computer Graphics AchievementAward to Ken PerlinTwo-dimensional slice through 3D PerlinnoisePerlin noise rescaled and added into itself tocreate fractional Brownian motion.2007 Computer Graphics AchievementAward to Greg WardHigh Dynamic Range ImagingAcquisition, Display, Image-BasedLighting–a set of techniques that allows agreater dynamic range of exposures-the range of values between light andark areasThe intention of HDRIto accurately represent the wide range ofintensity levels found in real scenes ranging from directsunlight to shadows.2004 Computer Graphics Achievement Award to Hugues Hoppe Pioneering work on–Surface reconstruction–Progressive meshes–Geometry texturing and geometry images.PhD thesis “Surface reconstruction from unorganized points,”advised by TonyDeRoseHugues Hoppe, Tony DeRose, etc., PiecewiseSmooth Surface Reconstruction, in Siggraph942003 Computer Graphics Achievement Award to Peter Schröder Contributions to the newly emergingarea of 3D geometry processing–Form the basis of the research incomputer graphics and digitalgeometry processing–Subdivision surfaces–Multiresolution modelingD. Zorin, P. Schröder, W. Sweldens:Interactive multiresolution meshediting. In SIGGRAPH 97Like Teacher, Like Student2002 SIGGRAPH computer graphics achievement award to David B. Kirk Key technical role in bringing highperformance computer graphics systems tothe mass market–Offered z-buffering and shading infirmware–The Apollo DN1000VS, the firstworkstation to offer hardware texturemapping–Researching algorithms for ray tracingacceleration, object oriented raytracing, and global illuminationHe joined NVIDIA in 1996. There he drove development of the RIVA128, the RIVA TNT,the GeForce, the GeForce2, GeForce3, and GeForce42001 Computer Graphics Achievement Award to Andrew Witkin Pioneering work in bringing a physics basedapproach to computer graphicsWork on active contours (snakes)anddeformable models, variational modeling,scale-space filtering, space timeconstraints, and dynamic simulationPhD. at MIT in the Psychology department onthe perception of surface orientation fromtexture statisticsTechnique of Scale-Space Filtering–A classic in the multi-resolution signalanalysis literatureStuart Little Monsters Inc.First of this century's Computer Graphics Achievement Award to David Salesin Pioneering the field of non-photorealisticrendering and introducing it to theSIGGRAPH communityHis work on computer generated pen andink illustrations and subsequentlycomputer-generated watercolors areconsidered landmarks in this emergingfield.He then spent the year with photorealisticrendering at the Program of ComputerGraphics at Cornell University.He has worked at the Lucasfilm, Pixar.1999 Computer Graphics Achievement Award -Anthony D. DeRose Seminal work in making subdivisionsurfaces a practical geometricmodeling technique–Only two widely accepted geometricprimitives in computer graphics•Polygons and parametric patches–DeRose's work will surely add anotherprimitive to the geometric modeler'spantheon -subdivision surfaces.T. DeRose, M. Kass, T. Truong,Subdivision Surfaces in CharacterAnimation, in SIGGRAPH 98Course GoalsIntroduce current trends of computer graphics -Conference, Journals, Researchers The state of art of computer graphics –Digital cartoon movies–Computer games 3D DigitalCartoon Movie3D ComputerGame CG Research CG Conference CG Journal CGResearcherState of art of computer graphics Digital Cartoon MoviesPIXAR–1995 Toy Story–1998 A Bug's Life–1999 Toy Story 2–2001 Monsters, Inc.–2003 Finding Nemo–2005 The IncredibleDeamworks–2001Shrek–2004 Shrek 2–Shrek 3Have fun!☺Cartoon Movie3D ComputerGameState of art of computer graphics Digital Cartoon MoviesPIXAR–1995 Toy Story–1998 A Bug's Life–1999 Toy Story 2–2001 Monsters, Inc.–2003 Finding Nemo–2005 The IncrediblesDeamworks–2001Shrek–2004 Shrek 2–Shrek 3…Have fun!☺Cartoon Movie 3D ComputerGame长江七号Final FantasyOutlineThe graphics rendering pipelineTransformsVisual appearanceTexturingAdvanced lighting and shadingNon-photorealistic renderingImage-based renderingAcceleration algorithmsPipeline optimizationPolygonal techniquesCurves and curved surfaceIntersection test methodsCollision detectionReadings3D Mesh ProcessingParameterization3D Mesh Feature Description and Shape AnalysisTexture Mapping and Non-Photorealistic Rendering3D Animation3D Mesh ProcessingMesh Processing–Surface reconstruction from unorganized points [Hoppe94 ]–Progressive mesh [Hoppe96 ]–Terrain rendering [Hoppe04]P. Sander, J. Snyder, S. Gortler, H. Hoppe.Texturemapping progressive meshes. ACM SIGGRAPH 2001,409-416.H. Hoppe. Progressive meshes. ACM SIGGRAPH 1996,99-108.Hugues Hoppe, Tony DeRose, etc., Piecewise SmoothSurface Reconstruction, in Siggraph94F. Losasso, H. Hoppe. Geometry clipmaps: Terrainrendering using nested regular grids. SIGGRAPH 2004, 769-776.References3D Mesh ProcessingSubdivision surfaces–Subdivision surfaces used in CharacterAnimation [Derose98]Visualization of very large surface models–Streaming Meshes [Isenburg 05]–Out-of-core construction and accurate view-dependent visualization [Cignoni04]Super-Resolution of 3D Face [Pan06]Geri’s Game [Pixar]T. DeRose, M. Kass, and T. Truong. Subdivision Surfaces in Character Animation. In Proc. ACM SIGGRAPH 1998,Computer Graphics Proceedings, Annual Conference Series, pages 85-94. ACM Press / ACM SIGGRAPH, July 1998.M. Isenburg, P. Lindstrom, Streaming Meshes, Proceedingsof Visualization'05, pp. 231-238, October 2005.G. Pan, S. Han, Z. Wu, and Y. Wang , Super-Resolution of3D Face, ECCV06, 389-401, LNCS3952P. Cignoni, F. Ganovelli, E. Gobbetti, F. Marton, F. Ponchio,and R. Scopigno. Adaptive TetraPuzzles-Efficient Out-of-core Construction and Visualization of Gigantic PolygonalModels. ACM Transactions on Graphics, 23(3), pp. 796-803, Proc. SIGGRAPH 2004ReferencesParameterizationMRA (Multi-ResolutionAnalysis)–Multiresolution Analysis ofArbitrary Meshes[Eck95]MAPS: MultiresolutionAdaptive Parameterization of Surfaces [Lee98]Multiresolution Mesh Editing[zorin97]M. Eck, T. DeRose, T. Duchamp, H. Hoppe, M. Lounsbery,W. Stuetzle. Multiresolution analysis of arbitrary meshes.SIGGRAPH 1995, 173-182, 1995.A. Lee, W. Sweldens, P. Schrder, L. Cowsar and D. Dobkin.MAPS: Multiresolution Adaptive Parameterization ofSurfaces. Proceedings of SIGGRAPH 98. pp. 95-104, July1998D. Zorin, P. Schroder, and W. Sweldens. InteractiveMultiresolution Mesh Editing. In Proc. ACM SIGGRAPH1997, Computer Graphics Proceedings, pp. 259-268. 1997 ReferencesParameterization Normal Mesh [Guskov2000]Consistent MeshParameterizations[Praun2001] Displaced Subdivision Surfaces[Lee2000]I. Guskov, K. Vidimce, W. Sweldens, P. Schröder, Normal Meshes, Computer Graphics Proceedings (SIGGRAPH 2000), pp 95-102, 2000E. Praun, W. Sweldens and P. Schrder. Consistent Mesh Parameterizations. Proceedings of ACM SIGGRAPH 2001. pp. 179-184, 2001.A. Lee, H. Moreton, and H. Hoppe. Displacedsubdivision surfaces. In Proc. ACM SIGGRAPH 2000, 2000.ReferencesParameterizationCorrespondence establishment and applications Optical flow based methods–Creating Face Models [Blanz99]Reconstruction and parameterization from range scans[Allen 02]Deformation Transferring [Sumner 04]V. Blanz and T. Vetter. A Morphable Model for theSynthesis of 3D Faces. In Proc. ACM SIGGRAPH 1999, pp.187-194. ACM Press / ACM SIGGRAPH, 1999.B. ALLEN, B. CURLESS, and Z. POPOVI. The space of all body shapes: reconstruction and parameterization from range scans. ACM Transactions on Graphics (ACM SIGGRAPH 2003), 22, 3, pp. 587-594.R. W. Sumner, J. Popovic, Deformation Transfer for Triangle Meshes, in SIGGRAPH 2004, pp. 399 –405.References3D Mesh Feature Description and ShapeAnalysisShape Matching for Model Alignment[ICCV05 short course]–From global to local–Translation and rotation invariant---#-min-=PCA Alignment3D Mesh Feature Description and ShapeAnalysisAlignment and Matching [SIG04 course]Reflective Symmetry Detection in ThreeDimensions [Podolak06]Matching 3D Models with ShapeDistributions [Osada01]Robust 3D Face Matching [Lu06]J. Podolak, P. Shilane, A. Golovinskiy, S. Rusinkiewicz,and T. Funkhouser. A planar-reflective symmetrytransform for 3D shapes. ACM Transactions on Graphics (Proc. SIGGRAPH), 25(3), July 2006.X. Lu , A. K. Jain, and D. Colbry, Matching 2.5D FaceScans to 3D Models, IEEE Transactions on PatternAnalysis and Machine Intelligence, vol. 28, no. 1, pp. 31-43, Jan. 2006.R. Osada, T. Funkhouser, B. Chazelle, D. Dobkin.Matching 3D Models with Shape Distributions. Proc. ofthe International Conference on Shape Modeling &Applications, pp. 154, 2001ReferencesTexture Mapping and Non-PhotorealisticRenderingIntroduction to Texture MappingExpression mapping with ratio image [Liu01]Realistic shading of human skinZ. Liu, Y. Shan, and Z. Zhang. Expressive ExpressionMapping with Ratio Images. In Proc. ACM SIGGRAPH2001, Computer Graphics Proceedings, AnnualConference Series, pages 271-276. ACM Press / ACMSIGGRAPH, 2001.M. Tarini, H. Yamauchi, J. Haber, and H.-P. Seidel.Texturing Faces. In Proc. Graphics Interface 2002,pages 89-98. A K Peters, May 2002.C. Rocchini, P. Cignoni, C. Montani, R. Scopigno.Multiple Textures Stitching and Blending on 3D Objects, 10th Eurographics Workshop on Rendering, G. Wardand D. Lischinsky ed., Granada (E), June 21-23, 1999,pp.127-138.ReferencesTexture Mapping and Non-PhotorealisticRenderingPainterly Rendering for Animation[Meier96]Orientable Textures for Image-Based Pen-And-Ink Illustration[Salesin97]M. P. Salisbury, M. T. Wong, J. F. Hughes, and D. H. Salesin. Orientable Textures for Image-Based Pen-and-Ink Illustration, SIGGRAPH 97.B. J. Meier. Painterly rendering for animation. In Holly Rushmeier, editor, SIGGRAPH 96 Conference Proceedings, pp. 477-484. August 1996.References3D AnimationMotion data analysis andsynthesis–Style based inverse kinematic[Grochow04]–Motion texture: a two-levelstatistical model for charactermotion synthesis [Li02]–Dancing-to-Music CharacterAnimation [Shiratori06]K. Grochow, S. L. Martin, A. Hertzmann, Z. Popovi,Style-based inverse kinematics, ACM Transactions onGraphics (TOG), 23 (3), Special Issue: Proceedings ofthe 2004 SIGGRAPH Conference, Pages: 522 –531,2004Y. Li, T. S. Wang, and H. Y. Shum. Motion Texture: ATwo-level Statistical Model for Character MotionSynthesis. ACM Transactions on Graphics,Siggraph’2002, pp. 465-472, July, 2002.T. Shiratori, A. Nakazawa, K. Ikeuchi, Dancing-to-MusicCharacter Animation, In Computer Graphics Forum, Vol.25, No.3 (in Eurographics2006), pp. 449-458,September 2006References3D AnimationFacial animation–Video Rewrite [Bregler97]–Voice Puppetry [Brand99]–Cross-Mapping Motion Capture Data[Deng 06]–Concatenating Variable Length Motion Capture Data [Ma06]C. Bregler, M. Covell, and M. Slaney. Video Rewrite:Driving Visual Speech with Audio. In Proc. ACMSIGGRAPH 1997, pp. 353-360. ACM Press / ACMSIGGRAPH, August 1997.M. Brand. Voice Puppetry. In Proc. ACM SIGGRAPH1999, Computer Graphics Proceedings, AnnualConference Series, pages 21-28. ACM Press / ACMSIGGRAPH, August 1999.Z. Deng, P.Y. Chiang, P. Fox, and U. Neumann.Animating Blendshape Faces by Cross-Mapping MotionCapture Data, Proc. of ACM SIGGRAPH Symposium on Interactive 3D Graphics and Games (I3DG) 2006, CA,2006, pp. 43-48.References3D Animation Facial animation–Expressive Speech-drivenFacial Animation [Cao 04]–Trainable Videorealistic Speech Animation [Ezzat02]–Face Transfer with MultilinearModels [Vlasic 05]–Transferring of SpeechMovements from Video to 3DFace SpaceY. Cao, P. Faloutsos, F. Pighin. Expressive Speech-Driven Facial Animation, ACM Transactions on Graphics. T. Ezzat, G. Geiger, and T. Poggio. TrainableVideorealistic Speech Animation. ACM Transactions on Graphics, 21(3):388-398, July 2002.D. Vlasic, M. Brand, H. Pfister, J. Popovi ,Face Transfer with Multilinear Models, ACM Transactions on Graphics 24(3), 2005ReferencesAssignmentsSelect one paper for the mid-term presentation and onepaper for the final presentationSend the selection results to TA before Oct. 12–weijia@Mid-term presentation, Nov. 9Final presentation, Dec. 28。