计算机图形学Colour-Anonymous
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 课程介绍介绍计算机图形学的定义、发展和应用领域。
解释图形和图像的区别。
1.2 图形学基本概念什么是点、线、面和体。
坐标系统和变换。
图形表示方法和存储结构。
1.3 图形处理流程图形输入、输出和显示。
图形裁剪和映射。
图形渲染和着色。
1.4 常见图形算法直线、圆和椭圆的算法。
填充算法和图像处理算法。
第二章:C语言基础2.1 C语言简介介绍C语言的历史和特点。
解释C语言在计算机图形学中的应用。
2.2 基本数据类型和语法整型、浮点型、字符型数据。
变量、常量和运算符。
2.3 控制语句条件语句和循环语句。
分支语句和循环控制语句。
2.4 函数和数组函数的定义和调用。
一维、二维数组和字符串。
第三章:图形库和API3.1 图形库简介什么是图形库和API。
常见的图形库和API介绍。
3.2 图形库的使用方法图形库的安装和配置。
图形库的基本函数和功能。
3.3 图形API的调用过程初始化图形环境。
创建图形对象和操作图形对象。
处理图形事件和关闭图形环境。
3.4 示例:绘制简单的图形使用图形库绘制点、线、圆等基本图形。
调整图形属性和颜色。
第四章:图形绘制和变换4.1 图形绘制基础绘制基本图形和文本。
使用图形属性调整图形外观。
4.2 图形变换坐标变换和几何变换。
矩阵和变换矩阵的运算。
4.3 图形裁剪和映射裁剪原理和算法。
映射原理和算法。
4.4 示例:绘制复杂的图形使用图形变换绘制复杂的图形。
应用图形裁剪和映射技术。
第五章:图形渲染和着色5.1 图形渲染基础什么是图形渲染和着色。
光和材质的模型。
5.2 颜色模型和转换RGB颜色模型和HSV颜色模型。
颜色转换和混合。
5.3 图形着色和光照基本着色算法和纹理映射。
点光源、聚光灯和环境光。
5.4 示例:实现简单的光照效果使用图形着色和光照技术绘制三维图形。
调整光照参数和观察光照效果。
第六章:图形界面设计6.1 图形界面设计基础界面设计原则和概念。
计算机图形学课后习题答案
计算机图形学课后习题答案计算机图形学课后习题答案计算机图形学是一门研究计算机生成和处理图像的学科,它在现代科技和娱乐领域扮演着重要的角色。
在学习这门课程时,我们通常会遇到一些习题,用以巩固所学知识。
本文将提供一些计算机图形学课后习题的答案,希望能对大家的学习有所帮助。
1. 什么是光栅化?如何实现光栅化?光栅化是将连续的几何图形转换为离散的像素表示的过程。
它是计算机图形学中最基本的操作之一。
实现光栅化的方法有多种,其中最常见的是扫描线算法。
该算法通过扫描图形的每一条扫描线,确定每个像素的颜色值,从而实现光栅化。
2. 什么是反走样?为什么需要反走样?反走样是一种减少图像锯齿状边缘的技术。
在计算机图形学中,由于像素是离散的,当几何图形的边缘与像素格子不完全对齐时,会产生锯齿状边缘。
反走样技术通过在边缘周围使用不同颜色的像素来模拟平滑边缘,从而减少锯齿状边缘的出现。
3. 什么是光照模型?请简要介绍一下常见的光照模型。
光照模型是用来模拟光照对物体表面的影响的数学模型。
常见的光照模型有以下几种:- 环境光照模型:模拟环境中的整体光照效果,通常用来表示物体表面的基本颜色。
- 漫反射光照模型:模拟光线在物体表面上的扩散效果,根据物体表面法线和光线方向计算光照强度。
- 镜面反射光照模型:模拟光线在物体表面上的镜面反射效果,根据光线方向、物体表面法线和观察者方向计算光照强度。
- 高光反射光照模型:模拟光线在物体表面上的高光反射效果,通常用来表示物体表面的亮点。
4. 什么是纹理映射?如何实现纹理映射?纹理映射是将二维图像(纹理)映射到三维物体表面的过程。
它可以为物体表面增加细节和真实感。
实现纹理映射的方法有多种,其中最常见的是将纹理坐标与物体表面的顶点坐标关联起来,然后通过插值等技术将纹理映射到物体表面的每个像素上。
5. 什么是投影变换?请简要介绍一下常见的投影变换方法。
投影变换是将三维物体投影到二维平面上的过程。
常见的投影变换方法有以下几种:- 正交投影:将物体投影到一个平行于观察平面的平面上,保持物体在不同深度上的大小不变。
计算机图形学-习题库及答案
计算机图形学-习题库及答案1、计算机图形显⽰器和绘图设备表⽰颜⾊的⽅法各是什么颜⾊系统?它们之间的关系如何?1、计算机图形显⽰器是⽤RGB⽅法表⽰颜⾊,⽽绘图设备是⽤CMY⽅法来表⽰颜⾊的。
它们之间的关系是:两者都是⾯向硬件的颜⾊系统,前者是增性原⾊系统,后者是减性原⾊系统,后者是通过在⿊⾊⾥加⼊⼀种什么颜⾊来定义⼀种颜⾊,⽽后者是通过指定从⽩⾊⾥减去⼀种什么颜⾊来定义⼀种颜⾊2、简述帧缓存与显⽰器分辨率的关系。
分辨率分别为640×480,1280×1024,和2560×2048的显⽰器各需要多少字节位平⾯数为24的帧缓存?2、帧缓存的⼤⼩和显⽰器分辨率之间的关系是:帧缓存的⼤⼩=显⽰器分辨率的⼤⼩*帧缓存的3、画直线的算法有哪⼏种?画圆弧的算法有哪⼏种?c1)逐点⽐较法;(2)数值微分法;(3)Bresenham算法。
画弧线的常⽤⽅法有:(1)逐点⽐较法;(2)⾓度DDA法;(3)Bresenham算法。
4、分别写出平移、旋转、缩放及其组合的变换矩阵。
4、1)平移变换:其中, , , 是物体在三个坐标⽅向上的位移量。
2)旋转变换:绕Z轴旋转的公式为:绕X轴旋转的公式为:绕Y轴旋转的公式为:如果旋转所绕的轴不是坐标轴,设其为任意两点p1,p2所定义的⽮量,旋转⾓度为。
则可由7个基本变换组合构成:1.使p1,点与原点重合;2.,使轴p1p2落⼊平⾯xoz内;3.,使p1p2与z轴重合;4.,执⾏绕p1p2轴的⾓旋转;5.,作3的逆变换;6.,作2的逆变换;7.作1的逆变换。
3)缩放变换:其中,,,是物体在三个⽅向上的⽐例变化量。
记为。
若对于某个⾮原点参考点进⾏固定点缩放变换,则通过如下的级联变换实现:5、如何⽤⼏何变换实现坐标系的变换?坐标系的变换,亦即将某⼀坐标系lcs1中的点变换为另⼀个坐标系lcs2下的坐标。
若,矩阵的推导分三步。
1)将lcs1中的点变换到世界坐标系的矩阵 ;x_axis, y_axis, z_axis 为lcs1中x,y,z轴⽮量在世界坐标系的表⽰org为lcs1中原点在世界坐标系的表⽰2)将世界坐标系的点变换到lcs2中的点矩阵 ;x_axis, y_axis, z_axis 为lcs1中x,y,z轴⽮量在世界坐标系的表⽰org为lcs1中原点在世界坐标系的表⽰a = - x_axis.x * org.x - x_axis.y * org.y - x_axis.z * org.zb = - y_axis.x * org.x - y_axis.y * org.y - y_axis.z * org.zc = - z_axis.x * org.x - z_axis.y * org.y - z_axis.z * org.z6、写出⼏种线裁剪算法;写出⼏种多边形裁剪算法。
计算机图形学名词解释
计算机图形学名词解释计算机图形学是研究如何使用计算机生成、处理和显示图像的学科。
在计算机图形学领域中,有许多术语和概念,下面将解释其中的几个常见名词。
1. 三维模型(3D Model):三维模型是一种用数学方法来描述物体外形的表示方式。
它通常由一系列的点、线、面或体素构成,可以通过渲染算法生成真实的图像。
2. 着色器(Shader):着色器是一种用于计算图像颜色的程序。
在图形渲染过程中,着色器负责为每个像素计算其颜色值,并受到光照、材质和纹理等因素的影响。
3. 光照模型(Lighting Model):光照模型用于描述光源和物体之间的相互作用。
它考虑了光照的强度、颜色、反射和折射等因素,以计算出每个像素的颜色。
4. 纹理映射(Texture Mapping):纹理映射是将二维图像贴到三维模型表面的过程。
它可以给模型增加细节和真实感,并使模型在渲染时更加逼真。
5. 多边形填充(Polygon Filling):多边形填充是将多边形的内部区域填充上颜色或纹理的过程。
常见的填充算法有扫描线填充和边缘填充。
6. 抗锯齿(Anti-aliasing):抗锯齿是一种图像处理技术,用于减少图像边缘锯齿状的感觉。
通过在边缘周围添加像素的灰度来模糊边缘,以使其看起来更加平滑。
7. 阴影(Shading):阴影是指由于物体遮挡光线而产生的暗影效果。
在计算机图形学中,可以使用不同的算法来模拟阴影效果,如平面阴影、深度阴影和阴影贴图等。
8. 曲线和曲面(Curves and Surfaces):曲线和曲面是表示物体形状的数学工具。
它们可以通过数学公式或控制点来定义,并用于建模和渲染三维物体。
以上是计算机图形学中的一些常见名词的解释,这些名词和概念在图形学的理论和实践中都有重要的作用。
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》学习资料
《计算机图行学》学习包本课程为有关专业的必修课程(或选修课程)。
通过本课程的教学,学生可以学习、了解和掌握计算机图形学中有关的基本原理、概念、方法和技术,培养和提高交互式图形设计的能力。
计算机图形学与图象处理,计算机图形学的研究内容,计算机图形学的发展简史,计算机图形学的发展方向,本课程教学要求与学习方法。
本章无习题计算机图形系统的组成、功能与分类,计算机图形显示器,图形输入设备,图形输出设备,图形软件系统,图形软件标准。
课后习题1. 某光栅系统中,显示器的分辨率为1280×768,其中每个象素点的颜色深度为12 bit,则该系统需要多大的帧缓存(即多少KB)?2. 有甲乙两台光栅图形显示器,它们的产品说明书介绍均称可以显示4096种颜色,但甲机在显示一幅画面时却只有256种颜色,问其中究竟是什么原因?参考答案1.1280×768×12 / (8×1024) = 1440(KB)2.(1) 甲机:8个位平面,采用一张有256个单元,每个单元有12 bit的彩色查找表。
(2) 乙机:12个位平面,没有采用查找表。
1点的生成,生成直线的DDA算法和Bresenham 算法,二次曲线,区域的简单种子填充算法和扫描线种子填充算法,多边形的扫描转换,字符的生成,反走样技术。
课后习题1. 用对称DDA算法画出A(0,0)到B(5,3)连线的各象素点的位置,并在表内填出相应的中间数据。
rx=5, ry=3,x=0,y=0,steps=5,dx=1,dy=0.6;2. 用Bresenham算法画出A(0,0)到B(5,3)连线的各象素点的位置,并在表内填出相应的中间数据。
dx=5, dy=3, d=2dy-dx=1, x=0, y=0, 2dy-2dx=-4, 3dy=6;23. 用Bresenham算法画出圆心为(0,0),半径为8的顺时针90至45的1/8圆弧上各象素点的位置。
计算机图形学习题参考答案(完整版)
计算机图形学习题参考答案第1章绪论1、第一届ACM SIGGRAPH会议是哪一年在哪里召开的?解:1974年,在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH年会。
2、计算机图形学之父是谁?解:Sutherland3、列举一些计算机图形学的应用领域(至少5个)。
解:计算机辅助设计、图示图形学、计算机艺术、娱乐、教学与培训、可视化、图像处理、图形用户界面等。
4、简要介绍计算机图形学的研究内容。
解:(1)图形的输入。
如何开发和利用图形输入设备及相关软件把图形输入到计算机中,以便进行各种处理。
(2)图形的处理。
包括对图形进行变换(如几何变换、投影变换)和运算(如图形的并、交、差运算)等处理。
(3)图形的生成和输出。
如何将图形的特定表示形式转换成图形输出系统便于接受的表示形式,并将图形在显示器或打印机等输出设备上输出。
5、简要说明计算机图形学与相关学科的关系。
解:与计算机图形学密切相关的学科主要有图像处理、计算几何、计算机视觉和模式识别等。
计算机图形学着重讨论怎样将数据模型变成数字图像。
图像处理着重研究图像的压缩存储和去除噪音等问题。
模式识别重点讨论如何从图像中提取数据和模型。
计算几何着重研究数据模型的建立、存储和管理。
随着技术的发展和应用的深入,这些学科的界限变得模糊起来,各学科相互渗透、融合。
一个较完善的应用系统通常综合利用了各个学科的技术。
6、简要介绍几种计算机图形学的相关开发技术。
解:(1)OpenGL。
OpenGL是一套三维图形处理库,也是该领域事实上的工业标准。
OpenGL独立于硬件、操作系统和窗口系统,能运行于不同操作系统的各种计算机,并能在网络环境下以客户/服务器模式工作,是专业图形处理、科学计算等高端应用领域的标准图形库。
以OpenGL为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植;OpenGL与C/C++紧密接合,便于实现图形的相关算法,并可保证算法的正确性和可靠性;OpenGL使用简便,效率高。
计算机图形学教程课后习题参考答案
计算机图形学教程课后习题参考答案文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]第一章1、试述计算机图形学研究的基本内容答:见课本P5-6页的1.1.4节。
2、计算机图形学、图形处理与模式识别本质区别是什么请各举一例说明。
答:计算机图形学是研究根据给定的描述,用计算机生成相应的图形、图像,且所生成的图形、图像可以显示屏幕上、硬拷贝输出或作为数据集存在计算机中的学科。
计算机图形学研究的是从数据描述到图形生成的过程。
例如计算机动画制作。
图形处理是利用计算机对原来存在物体的映像进行分析处理,然后再现图像。
例如工业中的射线探伤。
模式识别是指计算机对图形信息进行识别和分析描述,是从图形(图像)到描述的表达过程。
例如邮件分捡设备扫描信件上手写的邮政编码,并将编码用图像复原成数字。
3、计算机图形学与CAD、CAM技术关系如何答:见课本P4-5页的1.1.3节。
4、举3个例子说明计算机图形学的应用。
答:①事务管理中的交互绘图应用图形学最多的领域之一是绘制事务管理中的各种图形。
通过从简明的形式呈现出数据的模型和趋势以增加对复杂现象的理解,并促使决策的制定。
②地理信息系统地理信息系统是建立在地理图形基础上的信息管理系统。
利用计算机图形生成技术可以绘制地理的、地质的以及其它自然现象的高精度勘探、测量图形。
③计算机动画用图形学的方法产生动画片,其形象逼真、生动,轻而易举地解决了人工绘图时难以解决的问题,大大提高了工作效率。
5、计算机绘图有哪些特点答:见课本P8页的1.3.1节。
6、计算机生成图形的方法有哪些答:计算机生成图形的方法有两种:矢量法和描点法。
①矢量法:在显示屏上先给定一系列坐标点,然后控制电子束在屏幕上按一定的顺序扫描,逐个“点亮”临近两点间的短矢量,从而得到一条近似的曲线。
尽管显示器产生的只是一些短直线的线段,但当直线段很短时,连成的曲线看起来还是光滑的。
②描点法:把显示屏幕分成有限个可发亮的离散点,每个离散点叫做一个像素,屏幕上由像素点组成的阵列称为光栅,曲线的绘制过程就是将该曲线在光栅上经过的那些像素点串接起来,使它们发亮,所显示的每一曲线都是由一定大小的像素点组成的。
计算机图形学第二版(陆枫)课后习题答案部分
计算机图形学第二版(陆枫)课后习题集第一章绪论概念:计算机图形学、图形、图像、点阵法、参数法、图形的几何要素、非几何要素、数字图像处理;计算机图形学和计算机视觉的概念及三者之间的关系;计算机图形系统的功能、计算机图形系统的总体结构。
第二章图形设备图形输入设备:有哪些。
图形显示设备:CRT的结构、原理和工作方式。
彩色CRT:结构、原理。
随机扫描和光栅扫描的图形显示器的结构和工作原理。
图形显示子系统:分辨率、像素与帧缓存、颜色查找表等基本概念,分辨率的计算第三章交互式技术什么是输入模式的问题,有哪几种输入模式。
第四章图形的表示与数据结构自学,建议至少阅读一遍第五章基本图形生成算法概念:点阵字符和矢量字符;直线和圆的扫描转换算法;多边形的扫描转换:有效边表算法;区域填充:4/8连通的边界/泛填充算法;内外测试:奇偶规则,非零环绕数规则;反走样:反走样和走样的概念,过取样和区域取样。
5.1.2 中点 Bresenham 算法(P109)5.1.2 改进 Bresenham 算法(P112)习题解答习题5(P144)5.3 试用中点Bresenham算法画直线段的原理推导斜率为负且大于1的直线段绘制过程(要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程)。
(P111)解: k<=-1 |△y|/|△x|>=1 y为最大位移方向故有构造判别式:推导d各种情况的方法(设理想直线与y=yi+1的交点为Q):所以有: y Q-kx Q-b=0 且y M=y Qd=f(x M-kx M-b-(y Q-kx Q-b)=k(x Q-x M)所以,当k<0,d>0时,M点在Q点右侧(Q在M左),取左点 P l(x i-1,y i+1)。
d<0时,M点在Q点左侧(Q在M右),取右点 Pr(x i,y i+1)。
d=0时,M点与Q点重合(Q在M点),约定取右点 Pr(x i,y i+1) 。
所以有递推公式的推导:d2=f(x i-1.5,y i+2)当d>0时,d2=y i+2-k(x i-1.5)-b 增量为1+k=d1+1+k当d<0时,d2=y i+2-k(x i-0.5)-b 增量为1=d1+1当d=0时,5.7 利用中点 Bresenham 画圆算法的原理,推导第一象限y=0到y=x圆弧段的扫描转换算法(要求写清原理、误差函数、递推公式及最终画图过程)。
计算机图形学基础知识
计算机图形学基础知识计算机图形学是研究如何利用计算机生成和处理图形的学科。
它涵盖了许多领域,如计算机图像处理、计算机辅助设计和虚拟现实等。
掌握计算机图形学的基础知识对于理解和应用这些领域至关重要。
本文将为您介绍计算机图形学的基础知识,并分步详细列出相关内容。
1. 图形学的基础概念- 图形:在计算机图形学中,图形指的是一系列点、线和曲面等的集合。
- 图像:图像是图形学的一种特殊形式,它是由像素组成的二维数组。
- 基本元素:计算机图形学中的基本元素包括点、线和曲面等。
它们是构成图形的基本构件。
2. 图像表示与处理- 位图图像:位图图像是由像素组成的二维数组,每个像素保存着图像的颜色信息。
- 矢量图形:矢量图形使用几何形状表示图像,可以无损地进行放缩和旋转等操作。
- 图像处理:图像处理包括图像的增强、滤波、压缩和分割等操作,用于改善和优化图像。
3. 坐标系统和变换- 坐标系统:坐标系统用于描述和定位图形。
常见的坐标系统有笛卡尔坐标系统和极坐标系统等。
- 变换:变换是指将图形在坐标系统中进行移动、缩放和旋转等操作。
4. 二维图形学- 线性插值:线性插值是计算机图形学中常用的插值方法,用于在两点之间生成平滑的曲线。
- Bézier曲线:Bézier曲线是一种常用的数学曲线模型,可以用于生成平滑的曲线。
- 图形填充:图形填充是指将图形的内部区域用颜色填充,常用的填充算法有扫描线填充算法和边界填充算法。
5. 三维图形学- 三维坐标系统:三维坐标系统用于描述和定位三维空间中的点、线和曲面等。
- 三维变换:三维变换包括平移、缩放、旋转和投影等操作,用于改变和调整三维图形。
- 计算机动画:计算机动画是利用计算机生成连续变化的图像序列,用于呈现逼真的动态效果。
总结:计算机图形学是研究利用计算机生成和处理图形的学科。
它涵盖了图像表示与处理、坐标系统和变换等基础知识。
在二维图形学中,线性插值和Bézier曲线是常用的技术,图形填充则可以实现对图形内部区域的着色。
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 颜色表示模型
• 光的波长很短,红色波长约是700毫微米,而紫色的波长大概是400毫 微米。由于波长比频率容易处理,故光谱颜色常用波长来指定。太阳 或灯泡等光源发射可见段的全部频率而产生白色,当白色光投射到物 体上时,某些频率被反射某些则被物体吸收,在反射光中混合的频率 确定了所感受到的物体的颜色。如果在反射光中以低频率为主,则物 体呈现红色,此时,可以说光主要含有光谱中红色端的频率。
0.5 500
0.4
0.3
c3
c
600
色度图中
c4 c2
表示补色
700
此,C1的主波长就是Cs。
0.2
480
cp
上述确定主波长的方法不适用于C与紫红线 0.1
400
之间的颜色点。在图中画一根从C经过C2的 直线,得到紫红线上一点Cp,Cp并不在可
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 x
彩色模型:色度图
前述色度坐标(x,y,z)是连接三维加色空间 原点[X,Y,Z]的直线与X+Y+Z=1平面的交 点坐标,将所有这些交点投影到XY平面上 ,即绘出可见光谱中的颜色的色度值x和y 时,便得到CIE-XYZ色度图,如右图所示 ,它是一条舌头状的曲线。
• 曲线上的点对应色纯度为100%的纯彩色, • 线上标明的数字表示该位置所对应单色光的
量 0.2
fR fB
fG
0
400
500
600
700 λ(nm)
彩色模型:颜色描述
具有不同光谱能量分布的光刺激人的视觉系统产生不同 的颜色(包括彩色和灰色),颜色可以从两个角度加以描 述:
计算机图形学-消隐
共四十四页
1. 消除 自隐线、面 (xiāochú)
对于多面体的任一个面,可以根据其外法向
E
n和视矢量E的夹角θ来进行可见性检测。
法向n:规定每个多边形的法向都是指向物 体外部(wàibù)的。
前向面: θ∈(-90°,90°)时,表示该表 E 面可见,称为前向面。
后向面: θ∈[90°, -90°]时,表示该表 面不可见,称为后向面 。
θn
n 前向面 n
后向面
剔除依据:后向面总是被前向面所遮挡,从而不可见。不会 由于后向面的遮挡,而使别的棱成为不可见的。因此计算时, 可以把这些后向面全部去掉,这并不影响消隐结果。
17
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1. 消除 自隐线、面 (xiāochú)
图中的JFAE、HCBG和 DEABC所在(suǒzài)的面均 为后向面。其它为前向 J
也称表优先级算法。
30
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1. 画家 算法 (huàjiā)
关键:如何对场景中的物体表面按深度(远近(yuǎnjìn))排序,建立深 度优先级表?
先讨论在深度优先级排序中两个多边形P和Q之间的关系。多边形可以 按其最大或最小z值徘序,不妨假设按多边形的最大z值进行预排序,即
zmax(P)>zmax(Q)。
消隐(xiāo yǐn)
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消隐(xiāo yǐn)
1 概述(ɡài shù) 2 线消隐 3 提高消隐算法的效率 4 面消隐
2
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1 概述(ɡài shù)
什么叫做“消隐”?为什么要进行(jìnxíng)“消隐”?
将三维场景绘制在计算机二维显示屏上必须经过投影变换,投影 变换将三维信息变换到二维平面上,这个过程中深度信息被丢失, 生成的图形往往具有二义性。
计算机图形学名词解释
第一章:计算机图形学:怎样用计算机生成、处理和显示图像的学科。
图形:能够在人们视觉系统中形成视觉印象的对象称为图形,包括自然景物和人工绘图。
数字图像处理:针对图像进行各种加工以改善图像的效果,为图像分析做准备。
位图:显示屏幕上的矩形阵列的0,1表示。
图形:计算机图形学的研究对象,能在人的视觉系统中产生视觉印象的客观对象,包括自然景物、拍摄到的图片、用数学方法描述的图形等等像素:构成屏幕(图像)的最小元素。
分辨率:阴极射线管在水平或垂直方向单位长度上能识别的最大像素个数。
颜色查找表:是一维线性表、其每一项的内容对应一种颜色,其长度由帧缓存单元的位数决定。
作用:在帧缓存单元位数不增加的情况下,具有大范围内挑选颜色的能力;对颜色进行索引光栅扫描式图形显示器(画点设备):帧缓存(数字设备)+寄存器+DAC(数模转换)+电子枪+光栅显示器(模拟设备)具有N个位面的帧缓存,颜色查找表至少有N位字宽(实际为W,W>N),有2n项,可同时显示2n个颜色(灰度级),总共可以有2w个。
(全色光栅扫描图形显示器/全色帧缓存:三种原色电子枪,每种原色的电子枪有8个位面,组合成224种颜色,帧缓存至少为24位,每组原色配一个颜色查找表)显卡作用:根据CPU提供的指令和有关数据将程序运行过程和结果进行相应处理、并转换成显示器能够接受的文字和图形显示信号,通过屏幕显示出来。
虚拟现实系统:由计算机生成的一个实时的三维空间。
虚拟现实系统的3I特性:沉浸(immersion)、交互(interaction)、想象(imagination)第二章:图形标准:图形系统及其相关应用系统中各界面之间进行数据传送和通信的接口标准,以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准。
前者称为数据及文件格式标准,后者称为子程序界面标准。
(计算机图形接口(CGI)、计算机图元文件(CGM)、图形核心系统(GKS)、程序员层次交互式图形系统(PHIGS)、基本图形转换规范(IGES)、产品数据模型转换标准(STEP)、计算机图形参考模型(CGRM))图形系统标准的作用:方便不同系统间的数据交换;方便程序移植;硬件隔离,实现图形系统的硬件无关性。
计算机图形学 第7章消隐 - 课程教学辅导资料
扫描线Z-buffer算法
改进之一:将窗口分割成扫描线
Z缓冲器的单元数只要等于一条扫描线内像素的个数就可以了。
计算机图形学
扫描线Z-buffer算法
改进之一:将窗口分割成扫描线
Z缓冲器的单元数只要等于一条扫描线内像素的个数就可以了。
计算机图形学
扫描线Z-buffer算法
改进之一:将窗口分割成扫描线
nu :当沿扫描线u递增一个像素时,多边形所在平面n坐标的增 量,对方程au+bv+cn+d=0来说,nu =-a/c nv :当沿扫描线v递增一个像素时,多边形所在平面n坐标的增 量,类似,nv =-b/c (c!=0) nextEP:指向下一个边对结构的指针。
计算机图形学
扫描线Z-buffer算法--活化边表对
长方体线框投影图的二义性
计算机图形学
基本概念
消隐的对象是三维物体。三维体的表示主要有边 界表示和CSG表示等。 消隐结果与观察物体有关,也与视点有关。
线框图
消隐图
真实感图形
计算机图形学
消隐的分类
按消隐对象分类
线消隐 消隐对象是物体上的边,消除的是物体上不可见的边 面消隐 消隐对象是物体上的面,消除的是物体上不可见的面
计算机图形学
扫描线Z-buffer算法--边的分类表
边的分类表(ET):当一个多边形进入活化多边形表时,需为其建立 一个边分类表(ET)。这里,ET与其在扫描转换多边形的扫描线算 法中的含义相同,是对多边形的非水平边进行分类的一维数组,长度 等于绘图窗口内扫描线的数目。若一条边在投影平面上的投影的下端 点的v坐标为v,则将该边归为第v类。
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7
Color As Spectral Distributions
Spectral radiant power
λ
400
700 Wavelength nm Spectral Energy Distribution
8
Spectrum Efficiency Curve
9
Human Color Perception
Light Intensity and Brightness
Intensity describes the physical amount of energy, brightness describes our perception of this energy;
Our perception of light is function of our eyes, which performs numerous unconscious corrections and modifications. For example, the equal densities of colored light are perceived as being of different brightness depending on the color.
16
Infinite to Finite
Color space is infinite dimensional Visual system filters the energy distribution through a finite set of channels Constructs a finite signal space (retinal level) Through optic nerve to higher order processing (visual cortex).
Color Model
1
Outline
Introduction Spectral distributions Simple Model for the Visual System Simple Model for an Emitter System Generating Perceivable Colors CIE-RGB Color Matching Functions
C(λ) ≥ 0 all λ C(λ) > 0 some λ (at least one λ) .
(Cardinality of this space is 2c)
15
Perception and ‘The Sixth Sense’ Movie
We do not ‘see’ C(λ) directly but as filtered through visual system. Two different people/animals will ‘see’ C(λ) differently. Different C(λ)s can appear exactly the same to one individual (metamer). (Ignoring all ‘higher level’ processing, which basically indicates “we see what we expect to see”).
29
RGB Model
A color we can perceived can be synthesized by any three pure colors that meet certain requirements. These three basic colors are called primitives. The quite often used primitives are Red、Green and Blue。
22
Primaries (Basis) for an Emitter
CE(λ)=α1E1(λ)+ α2E2(λ) + α3E3 (λ) Ei are the primaries (form a basis) αi are called the intensities. CIE-RGB Primaries are:
L-cones M-cones S-cones
19
LMS Response Curves
l = ∫C(λ)L(λ)dλ m = ∫C(λ)M(λ)dλ s = ∫C(λ)S(λ)dλ C → (l,m,s) (trichromatic theory) LMS(C) = (l,m,s) LMS(Ca) = LMS(Cb) then Ca, Cb are metamers.
24
Color Matching Functions
Previous method relied on knowing L, M, and S response curves accurately. Better method based on color matching functions. Define how to get the color matching functions γi(λ) relative to a given system of primaries.
17
A Simple Model for Visual System
Human Eye Schematic
18
Photosensitive Receptors
Rods – 130,000,000 night vision + peripheral (scotopic) Cones – 5-7,000,000, daylight vision + acuity (one point only)(Photopic) Cones
20
2-degree cone normalised response curves
Spectral Sensitivity (L,M,S-cone) 1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 300 400 500 600 700 800
L M S
wavelength (nm)
The Human Retina – The eye is basically just a camera – Each neuron is either a rod or a cone. – Rods are not sensitive to color, but the cones are!
10
3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 -0.50300 -1.00
intensity
r g b
350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
wavelength nm
28
Color Metamer
A given color that we perceived matches with unlimited spectrum distributions. This phenomena is called metamer. So the spectrum can not be used as color metric. The strategy is to choose the simplist spectrum to represent a specific color.
5
Spectrum Character of Color
6
Color and Wave Length
Most light we see is not just a single wavelength, but a combination of many wavelengths like below. This profile is often referred to as a spectrum, or spectral power distribution.
11
Monochromatic Light (Pure Color)
δ(λ) = 0, λ≠0 ∫ δ(λ) d λ = 1 ∫ δ(t) f(x-t)d t = f(x) C(λ) = δ(λ-λ0) is spectral distribution for pure color with wavelength λ0
21
Simple Model for an Emitter System
Generates chromatic light by mixing streams of energy of light of different spectral distributions Finite number (>=3) and independent
3
Primitives of Color
The different visual light spectrum distribution stimulate the eyes and cause the color perception
4
Spectral Distributions
Radiometry (radiant power, radiance etc)
Measurement of light energy
Photometry (luminance etc)
Measurement including response of visual system
Φ(λ) = Kn(λ)/ λ spectral radiant power distribution Generally C(λ) defines spectral color distribution λ∈ [λa, λb] = Λ In computer graphics C is usually radiance.