计算机图形学基础专业知识讲座
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计算机图形学基础教程PPT课件
真实感绘制的主要任务是模拟真实物体的物理属性，简单 的说就是物体的形状，光学性质，表面的纹理和粗糙程度， 以及物体间的相对位置，遮挡关系等等。
经典的真实感图形学
光照模型
• 简单光照模型 • 局部光照模型 • 整体光照模型
绘制方法
• 光线跟踪 • 辐射度
加速算法及其他
• 包围体树、自适应八叉树等 • 阴影算法、纹理合成
Xfrog3.0生成的挪威云杉
1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH 年会， 并取得了巨大的成功
图形学的杂志和会议
会议：Siggraph， Eurograph， Pacific Graphics
Computer Graphics International，
Graphics Interface
杂志: ACM Transaction on Graphics
基于多层阴影翼的软影绘制
研究热点
真实感图形实时绘制
• 物体网格模型的面片简化，LOD, Occlusion culling
• 吴建华的牛头ห้องสมุดไป่ตู้
• 基于图象的绘制、基于Vedio绘制 • 画中游
画中游
Video from HKUST:
野外自然景物的模拟：山、水、云、树、草、火等
清 华 山 水
1999
1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了超限插值的 新思想，通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。
• 58年提出“CAD”概念 • 图形学最高奖以他名字命名。
70年代
光栅图形学迅速发展
• 区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念、及其相应算法 纷纷诞生
图形软件标准化
• 1974年，ACM SIGGRAPH的与ACM成立图形标准化委 员会，制定“核心图形系统”（Core Graphics System）
经典的真实感图形学
光照模型
• 简单光照模型 • 局部光照模型 • 整体光照模型
绘制方法
• 光线跟踪 • 辐射度
加速算法及其他
• 包围体树、自适应八叉树等 • 阴影算法、纹理合成
Xfrog3.0生成的挪威云杉
1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH 年会， 并取得了巨大的成功
图形学的杂志和会议
会议：Siggraph， Eurograph， Pacific Graphics
Computer Graphics International，
Graphics Interface
杂志: ACM Transaction on Graphics
基于多层阴影翼的软影绘制
研究热点
真实感图形实时绘制
• 物体网格模型的面片简化，LOD, Occlusion culling
• 吴建华的牛头ห้องสมุดไป่ตู้
• 基于图象的绘制、基于Vedio绘制 • 画中游
画中游
Video from HKUST:
野外自然景物的模拟：山、水、云、树、草、火等
清 华 山 水
1999
1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了超限插值的 新思想，通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。
• 58年提出“CAD”概念 • 图形学最高奖以他名字命名。
70年代
光栅图形学迅速发展
• 区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念、及其相应算法 纷纷诞生
图形软件标准化
• 1974年，ACM SIGGRAPH的与ACM成立图形标准化委 员会，制定“核心图形系统”（Core Graphics System）
计算机图形学第讲优秀课件
的和减去一张双线性插值曲面得到的：
r (u, v) r1 (u, v) r2 (u, v) r3 (u, v)
r r 1 2 ( u ( u , v , ) v ) ( 1 ( 1 u ) v r ) ( r 0 ( , u v , ) 0 ) u r v ( r 0 , ( v u ) , 1 )r(u,v)(1u,u) r r 1 00 0
计算机图形学第讲
第7章 曲线与曲面
曲线曲面的计算机辅助设计源于20世纪60年代的飞机和汽车工业。
Ø1963年美国波音公司的Ferguson提出用于飞机设计的参数三次方程；
Ø1962年法国雷诺汽车公司的Bézier于提出的以逼近为基础的曲线曲面设 计系统UNISURF，此前de Casteljau大约于1959年在法国另一家汽车公司 雪铁龙的CAD系统中有同样的设计，但因为保密的原因而没有公布；
u1u
m
及其上的及调配函数
i
(u)
参数v的分割：v0v1 vn 及其上的及调 配函数 i (u)
r (u, v)
v
定义在uv 平面的矩形区域上的这
张曲面称为张量积曲面。 张量积曲面的特点是将曲面问题化
解为简单的曲线问题来处理，适用于
映
射
u
拓扑上呈矩形的曲面形状。
空间域
参数域
a00
r(u, v) (0(u)
x x(u,v)
其参数表达式为：y y(u,v)
z z(u,v)
曲面的矢量方程为：
r r(u,v) r(x(u,v), y(u,v), z(u,v))
参数u、v的变化区间常取为单位正方形，即u,v∈[0,1]。x，y，
z都是u和v二元可微函数。当(u，v)在区间[0，1]之间变化时，
计算机图形学知识要点课件
投影变换可以分为正交投影和透视投 影两种类型。
透视投影将三维图形按照透视的方式 投影到二维平面上，产生近大远小的 效果，使图形更加真实。
01
光照与材 质
光照模型
漫反射模型
光线在平滑表面以相同的方向散开，计算公式为 `I = kd * Ii`， 其中 `I` 是表面亮度，`kd` 是漫反射系数，`Ii` 是入射光亮度。
01基础知识颜色理论010203
颜色空间
描述颜色的不同方式，如 RGB、CMYK等。
颜色模型
用于描述和显示颜色的系 统，如RGB、HSV等。
颜色深度
表示图像中可用的颜色数 量的度量。
图像处理基础
像素
构成数字图像的最小单位。
位深
描述像素值的范围或精度。
图像分辨率
描述图像的细节程度。
图形渲染基础
颜色空间
用于表示颜色的数据结构，如RGB、 HSV等。
04
01
计算机图形学前沿 技术
实时渲染技术
实时渲染技术
实时渲染技术是计算机图形学中的一 项重要技术，它能够在实时生成逼真 的图像。这种技术广泛应用于游戏、 电影制作、建筑设计等领域。实时渲 染技术通过使用高级着色语言和高效 的图形处理算法，能够以极快的速度 生成高质量的图像。
虚拟现实与增强现实技术
虚拟现实技术
虚拟现实技术是一种能够创建和体验虚 拟世界的计算机技术。它通过模拟人的 视听和触觉等感官体验，使用户仿佛身 临其境地置身于一个由计算机生成的三 维虚拟环境中。虚拟现实技术广泛应用 于游戏、教育、医疗、军事等领域，为 用户提供沉浸式的体验。
VS
增强现实技术
增强现实技术是一种能够将虚拟信息融合 到真实世界中的技术。它通过在用户的视 野中叠加虚拟物体或信息，使用户能够在 现实世界中看到和交互虚拟对象。增强现 实技术广泛应用于游戏、教育、医疗、工 业等领域，能够提供更加丰富和多样化的 用户体验。
计算机图形学基础课件chap9
历史
计算机图形学的起源可以追溯到20世纪50年代，随着计算机技术 的发展，图形学逐渐成为一门独立的学科。
发展
计算机图形学经历了从简单二维图形到复杂三维图形的发展，如今 正朝着虚拟现实、增强现实等方向发展。
未来趋势
随着计算能力的提升和算法的优化，计算机图形学将在更多领域发 挥重要作用，如医学成像、建筑设计等领域。
性能计算机支持。
03
分布式渲染技术
分布式渲染技术是一种将渲染任务分配给多个计算机共同完成的渲染技
术。这种技术能够提高渲染效率，缩短渲染时间，适用于大规模的图像
渲染任务。
人工智能在计算机图形学中的应用
智能动画生成
人工智能技术可以用于生成智能动画，通过对大量数据进行学习，自动生成符合要求的动 画效果。这种技术能够提高动画制作的效率和质量。
可视化和表现
学习如何使用软件的功能和技术，将设计 理念和创意以可视化的方式呈现出来，提 高设计的表现力和说服力。
虚拟现实与增强现实实践项目
虚拟现实与增强现实实践 项目
通过开发一款简单的虚拟现实 或增强现实应用，掌握虚拟现 实和增强现实技术的实现和应 用。
虚拟现实与增强现实开发 工具
选择适合的开发工具和平台， 如Unity、Unreal Engine、 ARKit、VRKit等，学习使用这 些工具进行应用的开发和实现 。
智能材质与纹理生成
人工智能技术可以用于生成智能材质和纹理，通过对大量数据进行学习，自动生成符合要 求的材质和纹理效果。这种技术能够提高材质和纹理设计的效率和质量。
智能场景构建
人工智能技术可以用于构建智能场景，通过对大量数据进行学习，自动生成符合要求的场 景效果。这种技术能够提高场景设计的效率和质量。
计算机图形学的起源可以追溯到20世纪50年代，随着计算机技术 的发展，图形学逐渐成为一门独立的学科。
发展
计算机图形学经历了从简单二维图形到复杂三维图形的发展，如今 正朝着虚拟现实、增强现实等方向发展。
未来趋势
随着计算能力的提升和算法的优化，计算机图形学将在更多领域发 挥重要作用，如医学成像、建筑设计等领域。
性能计算机支持。
03
分布式渲染技术
分布式渲染技术是一种将渲染任务分配给多个计算机共同完成的渲染技
术。这种技术能够提高渲染效率，缩短渲染时间，适用于大规模的图像
渲染任务。
人工智能在计算机图形学中的应用
智能动画生成
人工智能技术可以用于生成智能动画，通过对大量数据进行学习，自动生成符合要求的动 画效果。这种技术能够提高动画制作的效率和质量。
可视化和表现
学习如何使用软件的功能和技术，将设计 理念和创意以可视化的方式呈现出来，提 高设计的表现力和说服力。
虚拟现实与增强现实实践项目
虚拟现实与增强现实实践 项目
通过开发一款简单的虚拟现实 或增强现实应用，掌握虚拟现 实和增强现实技术的实现和应 用。
虚拟现实与增强现实开发 工具
选择适合的开发工具和平台， 如Unity、Unreal Engine、 ARKit、VRKit等，学习使用这 些工具进行应用的开发和实现 。
智能材质与纹理生成
人工智能技术可以用于生成智能材质和纹理，通过对大量数据进行学习，自动生成符合要 求的材质和纹理效果。这种技术能够提高材质和纹理设计的效率和质量。
智能场景构建
人工智能技术可以用于构建智能场景，通过对大量数据进行学习，自动生成符合要求的场 景效果。这种技术能够提高场景设计的效率和质量。
计算机图形学基础
计算机图形学基础计算机图形学是计算机科学的一个分支，研究如何利用计算机生成、处理和显示图像。
它是计算机游戏、动画、虚拟现实等领域的基础，并在电影制作、产品设计等方面也发挥了重要的作用。
本文将介绍计算机图形学的基础知识和应用。
一、图形学的基本概念图形学研究的对象是图像，图像由像素组成，每个像素有自己的颜色和位置信息。
图形学主要涉及到以下几个方面的内容：1. 图像表示：图像表示有两种方式，位图和矢量图。
位图使用像素的颜色值来表示图像，矢量图则使用线段和曲线等几何元素来描述图像。
2. 图像生成：图像生成包括图形的几何生成和光照渲染两个过程。
几何生成是指根据图形的顶点信息生成图形的过程，光照渲染则是为图形添加光照效果，使其更加逼真。
3. 图像处理：图像处理包括对图像进行增强、滤波、压缩等操作，以改善图像质量或减小图像文件的大小。
4. 图像显示：图像显示是将图像通过显示设备展示出来，包括将图像数据转化为显示器可以接受的格式，并控制显示设备的像素点发光来呈现图像。
二、计算机图形学的应用领域计算机图形学在很多领域都有广泛的应用，以下是几个典型的应用领域：1. 计算机游戏：计算机图形学在游戏中起到了至关重要的作用，通过图形学技术可以实现逼真的场景、互动的角色和特效等。
2. 电影制作：计算机图形学在电影制作中广泛应用，可以实现虚拟的特殊效果和场景，让观众享受到视觉上的震撼和沉浸感。
3. 虚拟现实：虚拟现实技术是一种通过计算机生成的模拟环境，用户可以感受到身临其境的体验。
计算机图形学是虚拟现实技术的核心。
4. 产品设计：通过计算机图形学技术，可以实现对产品外观、材质等方面的模拟和优化，加快产品开发周期并提高产品质量。
三、计算机图形学的研究和发展计算机图形学是一个不断发展的领域，近年来出现了一些研究热点和新技术：1. 实时渲染：实时渲染是指在计算资源有限的情况下，能够实现图形的实时显示和交互。
这在游戏、虚拟现实等领域有着广泛的应用。
计算机图形学讲稿
计算机动画的应用领域非常广，最典型的有： 1、计算机模拟飞行 2、动画片 3、电视广告
第二章 计算机图形系统及其设备
本章内容：介绍计算机图形系统的组成以及主要的图形外部设备。 2.1 计算机图形显示原理
阴极射线管（CRT）显示器的特点：亮度高，对比度好，分辨率高和色彩
鲜艳并丰富。缺点是体积大、厚与笨重。 液晶显示器的特点：器件薄，面积可大可小，重量轻，特别适合便携式计 算机使用，缺点是分辨率相对较低，色彩不够鲜艳，且价格偏高。 2.1.1 CRT显示器
1.5 计算机动画
我国第一部利用计算机辅助摄制的动画片是《咪咪钓鱼》，1991年由北方工 业大学和北京电视台合作制作，以二维动画为主。用386微机和C语言编程， 利用数字化仪和摄象机产生关键帧，再由计算机在相邻两幅关键帧之间内插 生成中间帧，并自动跟踪上色。多层画面叠加在一起，形成完整的画面。10 分钟的片子，5人小组花了10个月时间。
•QuickTime技术简介
QuickTime是苹果公司开发的新一代虚拟现实技术。它是一种基于静态图像处 理的，在微机平台上能够实现的初级虚拟现实技术。它的出现使得以往专业 实验室中成本昂贵的虚拟现实技术的应用普及有了广阔的前景。
假定我们在一室空间进行观察，室内空间一般有六个面，如果我们获取了这 六个面的许多不同距离，不同方位的实景照片并将它们按照相互的关系有机 连接起来，就可以在视觉上形成这个房间整个空间的整体认识，这就是全景 概念。
1.3 场景绘制
•取景变换
将几何对象的三维坐标转换到屏幕上的象素位置，需要进行一系列的坐标变 换，这些变化统称为取景变换。
•删除隐藏面
背向视点的面被正面遮挡，需要及早删除。目的是为了减少图形绘制的工作 量，提高场景动态显示的实时性。
第二章 计算机图形系统及其设备
本章内容：介绍计算机图形系统的组成以及主要的图形外部设备。 2.1 计算机图形显示原理
阴极射线管（CRT）显示器的特点：亮度高，对比度好，分辨率高和色彩
鲜艳并丰富。缺点是体积大、厚与笨重。 液晶显示器的特点：器件薄，面积可大可小，重量轻，特别适合便携式计 算机使用，缺点是分辨率相对较低，色彩不够鲜艳，且价格偏高。 2.1.1 CRT显示器
1.5 计算机动画
我国第一部利用计算机辅助摄制的动画片是《咪咪钓鱼》，1991年由北方工 业大学和北京电视台合作制作，以二维动画为主。用386微机和C语言编程， 利用数字化仪和摄象机产生关键帧，再由计算机在相邻两幅关键帧之间内插 生成中间帧，并自动跟踪上色。多层画面叠加在一起，形成完整的画面。10 分钟的片子，5人小组花了10个月时间。
•QuickTime技术简介
QuickTime是苹果公司开发的新一代虚拟现实技术。它是一种基于静态图像处 理的，在微机平台上能够实现的初级虚拟现实技术。它的出现使得以往专业 实验室中成本昂贵的虚拟现实技术的应用普及有了广阔的前景。
假定我们在一室空间进行观察，室内空间一般有六个面，如果我们获取了这 六个面的许多不同距离，不同方位的实景照片并将它们按照相互的关系有机 连接起来，就可以在视觉上形成这个房间整个空间的整体认识，这就是全景 概念。
1.3 场景绘制
•取景变换
将几何对象的三维坐标转换到屏幕上的象素位置，需要进行一系列的坐标变 换，这些变化统称为取景变换。
•删除隐藏面
背向视点的面被正面遮挡，需要及早删除。目的是为了减少图形绘制的工作 量，提高场景动态显示的实时性。
计算机图形学第一讲课程介绍精品PPT课件
课程内容介绍
1 Graphics Systems and Models - Overview of the field - Image formation as cameras - Modeling-Rendering Paradigm
2 Graphics Programming - Introduction to programming with OpenGL
如何查找资料Βιβλιοθήκη • 北大图书馆数据库 • IEEE • Web of Science • ACM
计算机图形学讲义－1
计算机图形学
更新时间*
计算机图形学讲义－1
课程介绍
计算机图形学：用计算机构造和显示图形。 计算机图形学研究利用计算机产生图形和 显示图形，它包括对要产生图形的物体的 描述（建模或几何描述），对图形数据的 管理和操作（数据结构和图形变换），图 形的生成，显示和输出。在交互式的图形 系统中，还包括研究图形的输入和图形操 作的人机接口。 [HB]
计算机图形学讲义－1
• 编程技能：Ｃ，或C＋＋语言，或其它语 言。以C语言为主。
• 本课程将使用OpenGL图形库，同学可使 用任何语言来调用OpenGL的函数完成作 业。例子均采用glut，将讲解如何使用 glut来编写OpenGL的程序以及在 Windows环境下如何编译程序。
计算机图形学讲义－1
[EA] 为教材和参考文献索引，以下同此。
计算机图形学讲义－1
参考书
• [F1] J. D. Foley, A. van Dam: Introduction to Computer Graphics，机械工业出版社，2004年影 印版。
• [F2] J. D. Foley, A. van Dam, S. K. Feiner and J. F. Hughes, Computer Graphics, principles and practice.机械工业出版社，2002年影印版。
1 Graphics Systems and Models - Overview of the field - Image formation as cameras - Modeling-Rendering Paradigm
2 Graphics Programming - Introduction to programming with OpenGL
如何查找资料Βιβλιοθήκη • 北大图书馆数据库 • IEEE • Web of Science • ACM
计算机图形学讲义－1
计算机图形学
更新时间*
计算机图形学讲义－1
课程介绍
计算机图形学：用计算机构造和显示图形。 计算机图形学研究利用计算机产生图形和 显示图形，它包括对要产生图形的物体的 描述（建模或几何描述），对图形数据的 管理和操作（数据结构和图形变换），图 形的生成，显示和输出。在交互式的图形 系统中，还包括研究图形的输入和图形操 作的人机接口。 [HB]
计算机图形学讲义－1
• 编程技能：Ｃ，或C＋＋语言，或其它语 言。以C语言为主。
• 本课程将使用OpenGL图形库，同学可使 用任何语言来调用OpenGL的函数完成作 业。例子均采用glut，将讲解如何使用 glut来编写OpenGL的程序以及在 Windows环境下如何编译程序。
计算机图形学讲义－1
[EA] 为教材和参考文献索引，以下同此。
计算机图形学讲义－1
参考书
• [F1] J. D. Foley, A. van Dam: Introduction to Computer Graphics，机械工业出版社，2004年影 印版。
• [F2] J. D. Foley, A. van Dam, S. K. Feiner and J. F. Hughes, Computer Graphics, principles and practice.机械工业出版社，2002年影印版。
计算机图形学基础教程——课件
06
实践项目与案例分析
3D建模与渲染项目
01
02
03
3D建模
学习使用3D建模软件（如 Blender、Maya等）进行 基本物体建模，包括几何 体、曲面和细分曲面等。
材质与纹理
掌握如何为模型添加材质 和纹理，以实现更逼真的 视觉效果。
光照与渲染
学习设置场景灯光，理解 不同类型的光源对渲染效 果的影响，以及如何使用 渲染器进行最终渲染。
光照模型
光源类型
包括点光源、方向光源和 聚光灯等，每种光源都有 不同的光照效果。
材质属性
包括颜色、纹理、透明度 等，影响物体对光的反射 和折射方式。
光照计算
根据光源和材质属性，计 算物体表面的光照强度和 颜色，以实现逼真的渲染 效果。
纹理映射
STEP 01
纹理定义
STEP 02
纹理映射技术
纹理是用于描述物体表面 细节的图像或图像集。
图像压缩
减少图像文件大小的过程，以加 快传输和存储速度。
图像分辨率
描述图像的细节和清晰度的度量 。
图像处理算法
用于改善图像质量或提取信息的 各种算法和技术。
计算机图形学中的数学基础
01
向量运算
在图形学中用于描述方向和位移的 基本数学概念。
插值和拟合
用于创建平滑曲线和表面的数学方 法。
03
02
矩阵运算
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，随着计算机硬件和软件技术的进步 ，计算机图形学在电影、游戏等领域得到广泛应用。
成熟阶段
21世纪初，计算机图形学技术逐渐成熟，广泛应用于 教育、工业设计、医学影像等领域。
实践项目与案例分析
3D建模与渲染项目
01
02
03
3D建模
学习使用3D建模软件（如 Blender、Maya等）进行 基本物体建模，包括几何 体、曲面和细分曲面等。
材质与纹理
掌握如何为模型添加材质 和纹理，以实现更逼真的 视觉效果。
光照与渲染
学习设置场景灯光，理解 不同类型的光源对渲染效 果的影响，以及如何使用 渲染器进行最终渲染。
光照模型
光源类型
包括点光源、方向光源和 聚光灯等，每种光源都有 不同的光照效果。
材质属性
包括颜色、纹理、透明度 等，影响物体对光的反射 和折射方式。
光照计算
根据光源和材质属性，计 算物体表面的光照强度和 颜色，以实现逼真的渲染 效果。
纹理映射
STEP 01
纹理定义
STEP 02
纹理映射技术
纹理是用于描述物体表面 细节的图像或图像集。
图像压缩
减少图像文件大小的过程，以加 快传输和存储速度。
图像分辨率
描述图像的细节和清晰度的度量 。
图像处理算法
用于改善图像质量或提取信息的 各种算法和技术。
计算机图形学中的数学基础
01
向量运算
在图形学中用于描述方向和位移的 基本数学概念。
插值和拟合
用于创建平滑曲线和表面的数学方 法。
03
02
矩阵运算
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，随着计算机硬件和软件技术的进步 ，计算机图形学在电影、游戏等领域得到广泛应用。
成熟阶段
21世纪初，计算机图形学技术逐渐成熟，广泛应用于 教育、工业设计、医学影像等领域。
公共基础知识计算机图形学基础知识概述
《计算机图形学基础知识概述》一、引言计算机图形学是一门研究如何利用计算机生成、处理和显示图形的学科。
它涉及到数学、物理学、计算机科学等多个领域，广泛应用于游戏开发、电影制作、工程设计、虚拟现实等众多领域。
随着计算机技术的不断发展，计算机图形学也在不断进步，为人们带来了更加逼真、生动的视觉体验。
二、基本概念1. 图形：图形是指由点、线、面等几何元素组成的二维或三维图像。
在计算机图形学中，图形可以分为矢量图形和光栅图形两种类型。
矢量图形是由数学公式描述的图形，具有无限放大不失真的特点；光栅图形则是由像素点组成的图形，在放大时会出现锯齿现象。
2. 像素：像素是构成光栅图形的最小单位，它是一个带有颜色和亮度信息的小方块。
在计算机图形学中，像素的颜色和亮度通常由红、绿、蓝三个颜色通道的值来决定。
3. 分辨率：分辨率是指图像中像素的数量，通常用水平像素数×垂直像素数来表示。
分辨率越高，图像越清晰，但同时也需要更多的存储空间和计算资源。
三、发展历程1. 早期阶段（20 世纪 50 年代 - 60 年代）：计算机图形学的起源可以追溯到 20 世纪 50 年代，当时计算机主要用于科学计算和工程设计。
随着计算机技术的发展，人们开始尝试利用计算机生成简单的图形，如线条图和流程图。
2. 发展阶段（20 世纪 70 年代 - 80 年代）：在这个阶段，计算机图形学得到了快速发展。
出现了许多重要的图形算法和技术，如扫描线算法、区域填充算法、隐藏面消除算法等。
同时，图形硬件也得到了不断改进，出现了专门的图形处理器（GPU），大大提高了图形处理的速度和质量。
3. 成熟阶段（20 世纪 90 年代 - 21 世纪初）：在这个阶段，计算机图形学已经成为一个成熟的学科，广泛应用于各个领域。
出现了许多先进的图形技术，如真实感图形渲染、虚拟现实、动画制作等。
同时，图形软件也得到了极大的发展，出现了许多功能强大的图形软件包，如 3D Studio Max、Maya 等。
计算机图形学第一章基本知识 ppt课件
• 基于物理的造型技术 。模型及模型间的关系 相当复杂，不仅有静态的、而且有动态的 ， 模型就可以由物体的运动规律自动产生
造型技术的发展
• 不规则形体是不能用欧氏几何加以定义的，例如、 山、水、树、草、云、烟、火以及自然界中丰富 多彩的物体
• 造型大多采用过程式模拟，即用一个简单的模型 及少量的易于调用的参数来表示一大类物体
1.1.2 计算机图形学的研究内容
•有关图形的算法：
(1) 基于图形设备的基本图形元素的生成算法，如 用光栅图形显示器生成直线、圆弧、二次曲线、 封闭边界内的图案填充等。
(2) 图形元素的几何变换，即对图形的平移、放大、 缩小、旋转、镜像等操作。
(3) 自由曲线和曲面的插值、拟合、拼接、分解、 过渡、光顺、整体和局部修改等。
• 重点难点：图形、图像的区别，实际应用 • 学习指南：要充分理解图形图像的区别，
观摩典型的图形软件、图像处理软件。
1.1 概述
1.1.1计算机图形学的概念
• Computer Graphics • 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。 • 它是建立在传统的图学理论、应用数学及计 算机科学基础上的一门边缘学科。
图形工作站(Apollo,Sun,Hp)
九十年代至今
微机，交叉学科（多媒体等）
计算机图形学的发展动向之一
造型技术的发展
• 构造几何模型的理论、方法和技术 ，是计算 机辅助设计的核心技术之一，非均匀有理B样 条，规则形体造型和不规则形体造型
• 特征造型技术 ，它将特征作为产品描述的基 本单元，并将产品描述成特征的集合
• 也称为数据放大技术
造型技术的发展
• 不规则形体是不能用欧氏几何加以定义的，例如、 山、水、树、草、云、烟、火以及自然界中丰富 多彩的物体
• 造型大多采用过程式模拟，即用一个简单的模型 及少量的易于调用的参数来表示一大类物体
1.1.2 计算机图形学的研究内容
•有关图形的算法：
(1) 基于图形设备的基本图形元素的生成算法，如 用光栅图形显示器生成直线、圆弧、二次曲线、 封闭边界内的图案填充等。
(2) 图形元素的几何变换，即对图形的平移、放大、 缩小、旋转、镜像等操作。
(3) 自由曲线和曲面的插值、拟合、拼接、分解、 过渡、光顺、整体和局部修改等。
• 重点难点：图形、图像的区别，实际应用 • 学习指南：要充分理解图形图像的区别，
观摩典型的图形软件、图像处理软件。
1.1 概述
1.1.1计算机图形学的概念
• Computer Graphics • 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。 • 它是建立在传统的图学理论、应用数学及计 算机科学基础上的一门边缘学科。
图形工作站(Apollo,Sun,Hp)
九十年代至今
微机，交叉学科（多媒体等）
计算机图形学的发展动向之一
造型技术的发展
• 构造几何模型的理论、方法和技术 ，是计算 机辅助设计的核心技术之一，非均匀有理B样 条，规则形体造型和不规则形体造型
• 特征造型技术 ，它将特征作为产品描述的基 本单元，并将产品描述成特征的集合
• 也称为数据放大技术
计算机图形学基本知识PPT课件
仿射变换
通过仿射变换矩阵对图像进行变换，可以处理更复杂的几何变换。
04 计算机图形学高级技术
光照模型与材质贴图
光照模型
描述物体表面如何反射光线的数 学模型，包括漫反射、镜面反射 和环境光等。
材质贴图
通过贴图技术将纹理映射到物体 表面，增强物体的真实感和细节 表现。
纹理映射
纹理映射技术
将图像或纹理图案映射到三维物体表 面，增强物体的表面细节和质感。
总结
计算机图形学在游戏设计、电影与动 画制作、虚拟现实与仿真等领域有着 广泛的应用。
计算机图形学的发展历程
起步阶段
20世纪50年代，计算机图形 学开始起步，主要应用于几 何形状的生成和简单图形的 处理。
发展阶段
20世纪80年代，随着计算机 性能的提高，计算机图形学 开始广泛应用于电影、游戏 等领域。
总结
计算机图形学利用计算机 技术生成、处理和显示图 形，实现真实世界的模拟 和再现。
计算机图形学的应用领域
游戏设计
游戏中的角色、场景和特效都需要用 到计算机图形学技术。
电影与动画制作
电影特效、角色建模和动画制作都离 不开计算机图形学。
虚拟现实与仿真
虚拟现实技术、军事仿真、工业设计 等领域都广泛应用计算机图形学。
向量图
向量图是矢量图的一种，通常用于描 述二维图形，如几何图形和图表。
图像的分辨率与质量
分辨率
分辨率是指图像中像素的数量， 通常以像素每英寸（PPI）或像素
每厘米（PPC）为单位。
质量
图像质量取决于分辨率、颜色深度 和压缩等因素。
压缩
图像压缩是一种减少图像文件大小 的方法，常见的图像压缩格式有 JPEG和PNG等。
通过仿射变换矩阵对图像进行变换，可以处理更复杂的几何变换。
04 计算机图形学高级技术
光照模型与材质贴图
光照模型
描述物体表面如何反射光线的数 学模型，包括漫反射、镜面反射 和环境光等。
材质贴图
通过贴图技术将纹理映射到物体 表面，增强物体的真实感和细节 表现。
纹理映射
纹理映射技术
将图像或纹理图案映射到三维物体表 面，增强物体的表面细节和质感。
总结
计算机图形学在游戏设计、电影与动 画制作、虚拟现实与仿真等领域有着 广泛的应用。
计算机图形学的发展历程
起步阶段
20世纪50年代，计算机图形 学开始起步，主要应用于几 何形状的生成和简单图形的 处理。
发展阶段
20世纪80年代，随着计算机 性能的提高，计算机图形学 开始广泛应用于电影、游戏 等领域。
总结
计算机图形学利用计算机 技术生成、处理和显示图 形，实现真实世界的模拟 和再现。
计算机图形学的应用领域
游戏设计
游戏中的角色、场景和特效都需要用 到计算机图形学技术。
电影与动画制作
电影特效、角色建模和动画制作都离 不开计算机图形学。
虚拟现实与仿真
虚拟现实技术、军事仿真、工业设计 等领域都广泛应用计算机图形学。
向量图
向量图是矢量图的一种，通常用于描 述二维图形，如几何图形和图表。
图像的分辨率与质量
分辨率
分辨率是指图像中像素的数量， 通常以像素每英寸（PPI）或像素
每厘米（PPC）为单位。
质量
图像质量取决于分辨率、颜色深度 和压缩等因素。
压缩
图像压缩是一种减少图像文件大小 的方法，常见的图像压缩格式有 JPEG和PNG等。
计算机图形学基础知识
计算机图形学基础知识一、引言计算机图形学是一门研究如何生成、编辑、存储和呈现计算机图形的学科。
它是计算机科学与图形学的交叉学科，涉及到许多数学、物理和计算机科学的知识。
本文将从几个方面介绍计算机图形学的基础知识。
二、光栅化与三角剖分光栅化是计算机图形学中重要的概念之一，它是将连续的几何图形转化为离散的像素点的过程。
通过光栅化，计算机可以将图像分割为一个个像素点并为其赋予颜色值，实现图像的显示。
而三角剖分是将复杂的几何形状分解为若干个三角形的过程，这样便于进行图像处理和计算。
三、坐标系统与变换操作在计算机图形学中，坐标系统指定了几何对象的位置和方向，常用的坐标系统包括笛卡尔坐标系和极坐标系。
变换操作可以改变坐标系统中几何对象的位置、旋转和缩放，常见的变换操作包括平移、旋转和缩放。
这些变换操作为构建虚拟世界提供了强大的工具。
四、渲染与光照模型渲染是将几何对象转化为图像的过程，包括确定颜色、阴影和纹理等。
光照模型则是描述物体如何与光交互的数学模型，常用的光照模型有冯氏光照模型等。
通过合理的渲染和光照模型，可以使图像更加真实、逼真。
五、图形数据结构与算法图形数据结构是描述和存储几何对象的数据结构，常用的图形数据结构有点、线、多边形等。
而图形算法则是基于这些数据结构进行图形操作和计算的算法，如线段裁剪、多边形填充等。
良好的数据结构和高效的算法可以提高计算效率和图形处理的质量。
六、二维和三维图形学二维图形学是计算机图形学的基础，它关注平面上的图像处理和显示。
常见的二维图形学应用包括图像处理、字体设计和图像生成等。
而三维图形学则是在二维图形学基础上进一步发展的，它处理的是在三维空间中的对象。
三维图形学被广泛应用于虚拟现实、游戏开发和计算机辅助设计等领域。
七、计算机图形学的应用计算机图形学的应用非常广泛，它已经渗透到我们日常生活的方方面面。
比如，在手机、电视和电脑上我们常常会看到精美的图标、图像和界面设计，这都离不开计算机图形学的支持。
05 C3 计算机图形学基础.ppt共32页PPT资料
B-spline曲线可克服上述问题
控制点移动时只会影响部分的曲线.
其次数与控制点数目无关,可由使用者任意选择,B-spline比 Bezier有更多的弹性
2019/10/22
上理机械 吴恩启
15
B样条曲线
数学表达：
可进行局部修改，曲线更逼近特征多边形，曲线的阶次和特 征多边形的顶点无关。
5.Transform of 3D graphics
6.Projection transform of 3D graphics
7.Free form curve and surface
2019/10/22
上理机械 吴恩启
2
3.7 free-form curve and surface
自由曲线和自由曲面：
上理机械 吴恩启
10
Hermite曲线
Hermite曲线又称为Ferguson曲线 在早期的曲面设计中得到了应用。但它有许多缺点：
设计条件与曲线始末两点的切矢大小和方向有关，设计 时不易控制；
如果定义高次 Ferguson曲线，需要用到曲线始末两点的 高阶导数。
为此人们在Ferguson数学模型上作了一些改进，得到另外 形式的曲线。 Bezier曲线就是其中一种
2019/10/22
上理机械 吴恩启
18
3.7 free-form curve and surface
曲线生成与编辑-以sw为例
草图中的样条曲线（SPLINE） 投影曲线、分割曲线、螺旋线与涡状线、组合曲线
曲面生成和编辑-以sw为例
拉伸、旋转、扫描、放样、延展、（网格、点云拟合） 圆角、等距、延伸、剪裁、填充、缝合、移动/复制/删
控制点移动时只会影响部分的曲线.
其次数与控制点数目无关,可由使用者任意选择,B-spline比 Bezier有更多的弹性
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上理机械 吴恩启
15
B样条曲线
数学表达：
可进行局部修改，曲线更逼近特征多边形，曲线的阶次和特 征多边形的顶点无关。
5.Transform of 3D graphics
6.Projection transform of 3D graphics
7.Free form curve and surface
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3.7 free-form curve and surface
自由曲线和自由曲面：
上理机械 吴恩启
10
Hermite曲线
Hermite曲线又称为Ferguson曲线 在早期的曲面设计中得到了应用。但它有许多缺点：
设计条件与曲线始末两点的切矢大小和方向有关，设计 时不易控制；
如果定义高次 Ferguson曲线，需要用到曲线始末两点的 高阶导数。
为此人们在Ferguson数学模型上作了一些改进，得到另外 形式的曲线。 Bezier曲线就是其中一种
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上理机械 吴恩启
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3.7 free-form curve and surface
曲线生成与编辑-以sw为例
草图中的样条曲线（SPLINE） 投影曲线、分割曲线、螺旋线与涡状线、组合曲线
曲面生成和编辑-以sw为例
拉伸、旋转、扫描、放样、延展、（网格、点云拟合） 圆角、等距、延伸、剪裁、填充、缝合、移动/复制/删
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图形
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图像 —采用点阵法描述的图形（点阵图形） 照片、位图、图片 存储信息 ：灰度 ，色彩
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（6）虚拟现实技术
用计算机技术来生成一个 逼真的三维视觉、听觉、 触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出 发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世 界客体进行浏览和交互考察。
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? 图像
? 放大前
放
大后
? 图形
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二、计算机图形学的研究内容
(1)图形的输入
研究如何把需要处理的图形输入计算机，以便让计算 机进行各种处理。
（2）图形的生成、显示、输出
三 计算机图形学的应用
（1）在机械设计中的应用
（a）工程图
（b）线框图 （c）实体图
Hale Waihona Puke 文档来源于网络仿，。文文档档所如第提有二供不章的当信之计息处算仅，机供请图参联形考系学之本基用人础，或不网能站作删为除机科。械学C依AD据/C，AM请勿模
（2）科学计算可视化
广泛应用于医学、流体力学、有限元分析及气候分析 中。
如何在计算机上生成图形，在打印机、绘图机上输出图 形。
（3）图形的变换
如何对计算机图形进行几何变换、色彩灰度变换等。
（4）图形编辑
如何对图形进行组合、分解、插入、裁剪等技术。
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图形——采用参数法描述的图形（矢量图形） 形状参数 ： 描述图形的方程系数，线段或多边
形的端点坐标等 ；
属性参数 : 灰度、色彩、线型等非几何属性。
构成图形的要素有两个： 几何要素 ——刻画形状的点、线、面、
体… 非几何要素 ——反映物体表面属性或材质
的明暗、灰度、色彩 …
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虚拟现实 （Virtual Reality
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第二节 图形的几何变换
图形变换指对图形的几何信息经过几何变换后产生新 的图形，提出的构造或修改图形的方法。
1．构成图形的基本要素及其表示方法
点是构成图形的基本要素。
任何一个图形都可以认为是点之间的连线构成，对一个图 形作几何变换，实际上就是对一系列点进行变换。
点和图形的表示：
二维平面内，一个点通常用坐标 (x , y) 来表示，矩阵形式 为：
或
三角形的三个顶点坐标 a( x1, y1 ), b( x2, y2 ), c( x3, y3 )，用矩阵表示：
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（3）计算机动画
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（4）过程监控
用曲线来模拟火箭发射的飞行轨迹，同时不断修正参数。
（5）计算机辅助教学
利用计算机图像可以清楚的表现数学曲线、几何曲面的形成。
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学习内容
第一节 计算机图形学概述 第二节 图形的几何变换 第三节 图形裁剪技术 第四节 图形的消隐技术 第五节 图形的真实感
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图像
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矢量图形与图象的区别：
? 矢量图形可以容易缩放而不影响图形的输出质量
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除图形的位置变动外，可以将图形放大或缩小，或者对图形
作不同方向的拉伸来使其扭曲变形…
? 图形变换基本知识
? 二维图形基本几何变换
? 二维图形的复合变换
? 三维图形的几何变换 ? 投影变换
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本章 学习目标
? 掌握二维图形处理技术基础知识 ? 了解三维图形变换方法 ? 理解图形消隐技术和光照处理技术原理 ? 学习二维裁剪技术
重点：二维图形几何变换 难点： 投影变换
第一节 计算机图形学概述 一、计算机图形技术的基本概念
定义：研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门的显示设 备上显示的原理、方法和技术的学科。
图形的种类：
图形（矢量图形 ） 图像 图形与图像的区别
二、计算机图形学的研究内容
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（6）虚拟现实技术
用计算机技术来生成一个 逼真的三维视觉、听觉、 触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出 发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚拟世 界客体进行浏览和交互考察。
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二、计算机图形学的研究内容
(1)图形的输入
研究如何把需要处理的图形输入计算机，以便让计算 机进行各种处理。
（2）图形的生成、显示、输出
三 计算机图形学的应用
（1）在机械设计中的应用
（a）工程图
（b）线框图 （c）实体图
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（2）科学计算可视化
广泛应用于医学、流体力学、有限元分析及气候分析 中。
如何在计算机上生成图形，在打印机、绘图机上输出图 形。
（3）图形的变换
如何对计算机图形进行几何变换、色彩灰度变换等。
（4）图形编辑
如何对图形进行组合、分解、插入、裁剪等技术。
文档来源于网络仿，。文文档档所如第提有二供不章的当信之计息处算仅，机供请图参联形考系学之本基用人础，或不网能站作删为除机科。械学C依AD据/C，AM请勿模
图形——采用参数法描述的图形（矢量图形） 形状参数 ： 描述图形的方程系数，线段或多边
形的端点坐标等 ；
属性参数 : 灰度、色彩、线型等非几何属性。
构成图形的要素有两个： 几何要素 ——刻画形状的点、线、面、
体… 非几何要素 ——反映物体表面属性或材质
的明暗、灰度、色彩 …
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虚拟现实 （Virtual Reality
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第二节 图形的几何变换
图形变换指对图形的几何信息经过几何变换后产生新 的图形，提出的构造或修改图形的方法。
1．构成图形的基本要素及其表示方法
点是构成图形的基本要素。
任何一个图形都可以认为是点之间的连线构成，对一个图 形作几何变换，实际上就是对一系列点进行变换。
点和图形的表示：
二维平面内，一个点通常用坐标 (x , y) 来表示，矩阵形式 为：
或
三角形的三个顶点坐标 a( x1, y1 ), b( x2, y2 ), c( x3, y3 )，用矩阵表示：
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（3）计算机动画
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用曲线来模拟火箭发射的飞行轨迹，同时不断修正参数。
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图像
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矢量图形与图象的区别：
? 矢量图形可以容易缩放而不影响图形的输出质量
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除图形的位置变动外，可以将图形放大或缩小，或者对图形
作不同方向的拉伸来使其扭曲变形…
? 图形变换基本知识
? 二维图形基本几何变换
? 二维图形的复合变换
? 三维图形的几何变换 ? 投影变换
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本章 学习目标
? 掌握二维图形处理技术基础知识 ? 了解三维图形变换方法 ? 理解图形消隐技术和光照处理技术原理 ? 学习二维裁剪技术
重点：二维图形几何变换 难点： 投影变换
第一节 计算机图形学概述 一、计算机图形技术的基本概念
定义：研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门的显示设 备上显示的原理、方法和技术的学科。
图形的种类：
图形（矢量图形 ） 图像 图形与图像的区别
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