计算机图形学-实验报告3-透视投影算法
计算机图形学中的透视和投影变换
计算机图形学中的透视和投影变换计算机图形学是机器图像处理和计算机视觉的理论基础，主要研究计算机生成的三维图形的数学表示和渲染技术。
在计算机生成的三维图形中，透视和投影变换是非常重要的技术，它们可以使三维图形更加直观逼真地呈现出来。
本文将对透视和投影变换进行详细讲解。
一、透视变换透视变换是一种三维立体图像转换为二维平面图像的方法，它可以模拟出现实中的透视效果。
在透视变换中，被变换的三维场景需要经过以下几个步骤：1. 建立三维场景模型。
在建立三维场景模型时，需要确定物体的位置、大小、形状和材质等参数，并将这些参数用数学公式表示出来。
2. 确定观察点位置和视线方向。
观察点是放置在场景外的假想点，用于观察场景中的物体。
视线方向是从观察点指向场景中的物体。
3. 定义投影平面。
投影平面是垂直于视线方向的平面，它用于将三维物体投影到二维平面上。
4. 进行透视变换。
在透视变换中，需要用到透视投影矩阵，它可以将三维图形投影到二维平面上，并使得远离观察点的物体变得更小。
透视变换可以使得生成的二维平面图像更加逼真，同时也可以减少计算量，提高渲染效率。
但是透视变换也有一些缺点，例如不能完全保持原图像的形状和大小，因此在实际应用中需要进行调整。
二、投影变换投影变换是一种将三维物体投影到二维平面上的方法，它可以用于生成平面图像、制作立体影像和建立虚拟现实等应用。
在投影变换中，被变换的三维场景需要经过以下几个步骤：1. 建立三维物体模型。
在建立三维物体模型时，需要确定物体的位置、大小、形状和材质等参数，并将这些参数用数学公式表示出来。
2. 确定相机位置和视线方向。
相机位置是放置在场景外的假想点，用于观察场景中的物体。
视线方向是从相机指向场景中的物体。
3. 定义投影平面。
投影平面是垂直于视线方向的平面，它用于将三维物体投影到二维平面上。
4. 进行投影变换。
在投影变换中，需要用到投影矩阵，它可以将三维图形投影到二维平面上，并保持原图形的形状和大小。
透视投影矩阵 公式
透视投影矩阵：原理、公式与应用透视投影矩阵是计算机图形学中的核心概念，用于在三维空间中模拟人眼看世界的方式。
本文将详细阐述透视投影矩阵的原理、公式及其在各种应用中的作用。
一、透视投影矩阵的原理透视投影，又称远心投影，是计算机图形学中实现三维场景到二维屏幕映射的重要方法。
透视投影的原理与人眼看世界的方式相似：物体离观察者越远，它们显得越小。
这种投影方式能够产生近大远小的视觉效果，使得生成的图像更加逼真。
在透视投影中，观察者位于一个被称为“投影中心”的点，投影线从这个点出发，穿过三维场景中的物体，相交于一个被称为“投影平面”的二维平面。
投影线与投影平面的交点即为物体在二维屏幕上的像素位置。
通过这种方式，三维空间中的物体被映射到了二维平面上。
二、透视投影矩阵的公式透视投影矩阵的公式如下：M = [ m11 m12 m13 m14m21 m22 m23 m24m31 m32 m33 m34m41 m42 m43 m44 ]其中，mij（i, j = 1, 2, 3, 4）为矩阵的元素。
这个4x4的矩阵包含了透视投影所需的所有参数，如视场角（Field of View, FOV）、宽高比（Aspect Ratio）、近裁剪面距离（Near Clipping Plane Distance）和远裁剪面距离（Far Clipping Plane Distance）等。
通过设定这些参数，我们可以得到一个特定的透视投影矩阵。
这个矩阵随后将应用于三维场景中的每一个顶点，将其从视图空间变换到裁剪空间。
裁剪空间是一个中间坐标系，用于判断哪些顶点位于视锥体内，即哪些顶点最终会被绘制到屏幕上。
三、透视投影矩阵的应用1. 游戏开发：在游戏开发中，透视投影矩阵是实现3D游戏视觉效果的关键。
通过调整透视投影矩阵的参数，游戏开发者可以控制玩家的视野范围、游戏的视角效果等，从而营造出不同的游戏氛围和体验。
2. 电影制作：在电影特效制作中，透视投影矩阵也发挥着重要作用。
计算机图形学课程设计 透视投影图 三视图
计算机图形学程序课程设计题目：分别在四个视区内显示空间四面体的三视图、透视投影图。
学院：信息科学与技术学院专业：计算机科学与技术姓名：oc学号：oc电话：oc邮箱：oc目录一、设计概述(1)设计题目。
2(2)设计要求。
2(3)设计原理。
2(4)算法设计。
5(5)程序运行结果。
9二、核心算法流程图。
10三、程序源代码。
12四、程序运行结果分析。
24五、设计总结分析。
25六、参考文献。
26一．设计概述•设计题目计算机图形学基础(第二版)陆枫何云峰编著电子工业出版社P228-7.16：利用OpenGL中的多视区，分别在四个视区内显示图7-41所示空间四面体的主视图、俯视图、侧视图、透视投影图。
•设计要求设计内容：1. 掌握主视图、俯视图、侧视图和透视投影变换矩阵；2. 掌握透视投影图、三视图生成原理；功能要求：分别在四个视区内显示P228-图7-41所示空间四面体的主视图、俯视图、侧视图、透视投影图。
•设计原理正投影正投影根据投影面与坐标轴的夹角可分为三视图和正轴测图。
当投影面与某一坐标轴垂直时，得到的投影为三视图，这时投影方向与这个坐标轴的方向一致，否则，得到的投影为正轴测图。
1.主视图（V面投影）将三维物体向XOZ平面作垂直投影，得到主视图。
由投影变换前后三维物体上点到主视图上的点的关系，其变换矩阵为：Tv=Txoz= [1 0 0 0][0 0 0 0][0 0 1 0][0 0 0 1]Tv为主视图的投影变换矩阵。
简称主视图投影变换矩阵。
2.侧视图（W面投影）将三维物体向YOZ平面作垂直投影，得到侧视图。
为使侧视图与主视图在一个平面内，就要使W面绕Z轴正向旋转90°。
同时为了保证侧视图与主视图有一段距离，还要使W面再沿X方向平移一段距离x0，这样即得到侧视图。
变换矩阵为：Tv=Tyoz= [ 0 0 0 0 ][-1 0 0 0 ][ 0 0 1 0 ][-x0 0 0 1]Tv为主视图的投影变换矩阵。
计算机图形学实验报告
计算机图形学实验报告
在计算机图形学课程中，实验是不可或缺的一部分。
通过实验，我们可以更好地理解课程中所学的知识，并且在实践中掌握这些
知识。
在本次实验中，我学习了如何使用OpenGL绘制三维图形，并了解了一些基本的图形变换和视图变换。
首先，我们需要通过OpenGL的基本命令来绘制基本图形，例
如线段、矩形、圆等。
这些基本的绘制命令需要首先设置OpenGL 的状态，例如绘制颜色、线段宽度等，才能正确地绘制出所需的
图形。
然后，在实验中我们学习了图形的变换。
变换是指通过一定的
规则将图形的形状、位置、大小等进行改变。
我们可以通过平移、旋转、缩放等变换来改变图形。
变换需要按照一定的顺序进行，
例如先进行旋转再进行平移等。
在OpenGL中，我们可以通过设
置变换矩阵来完成图形的变换。
变换矩阵包含了平移、旋转、缩
放等信息，通过矩阵乘法可以完成图形的复合变换。
最后，视图变换是指将三维场景中的图形投影到二维平面上，
成为我们所见到的图形。
在实验中，我们学习了透视投影和正交
投影两种方式。
透视投影是指将场景中的图形按照视点不同而产
生不同的远近缩放，使得图形呈现出三维感。
而正交投影则是简单地将场景中的图形按照平行投影的方式呈现在屏幕上。
在OpenGL中，我们可以通过设置视图矩阵和投影矩阵来完成视图变换。
通过本次实验，我对于计算机图形学有了更深入的了解，并掌握了一些基本的图形绘制和变换知识。
在今后的学习中，我将继续学习更高级的图形绘制技术，并应用于实际的项目中。
计算机图形学课程设计透视投影图三视图
计算机图形学程序课程设计题目：分别在四个视区内显示空间四面体的三视图、透视投影图。
学院：信息科学与技术学院专业：计算机科学与技术姓名：oc学号：oc电话：oc邮箱：oc目录一、设计概述(1)设计题目。
2(2)设计要求。
2(3)设计原理。
2(4)算法设计。
5(5)程序运行结果。
9二、核心算法流程图。
10三、程序源代码。
12四、程序运行结果分析。
24五、设计总结分析。
25六、参考文献。
26一．设计概述•设计题目计算机图形学基础(第二版)陆枫何云峰编著电子工业出版社P228-7.16：利用OpenGL中的多视区，分别在四个视区内显示图7-41所示空间四面体的主视图、俯视图、侧视图、透视投影图。
•设计要求设计内容：1. 掌握主视图、俯视图、侧视图和透视投影变换矩阵；2. 掌握透视投影图、三视图生成原理；功能要求：分别在四个视区内显示P228-图7-41所示空间四面体的主视图、俯视图、侧视图、透视投影图。
•设计原理正投影正投影根据投影面与坐标轴的夹角可分为三视图和正轴测图。
当投影面与某一坐标轴垂直时，得到的投影为三视图，这时投影方向与这个坐标轴的方向一致，否则，得到的投影为正轴测图。
1.主视图（V面投影）将三维物体向XOZ平面作垂直投影，得到主视图。
由投影变换前后三维物体上点到主视图上的点的关系，其变换矩阵为：Tv=Txoz= [1 0 0 0][0 0 0 0][0 0 1 0][0 0 0 1]Tv为主视图的投影变换矩阵。
简称主视图投影变换矩阵。
2.侧视图（W面投影）将三维物体向YOZ平面作垂直投影，得到侧视图。
为使侧视图与主视图在一个平面内，就要使W面绕Z轴正向旋转90°。
同时为了保证侧视图与主视图有一段距离，还要使W面再沿X方向平移一段距离x0，这样即得到侧视图。
变换矩阵为：Tv=Tyoz= [ 0 0 0 0 ][-1 0 0 0 ][ 0 0 1 0 ][-x0 0 0 1]Tv为主视图的投影变换矩阵。
计算机图形学中的透视变换算法研究
计算机图形学中的透视变换算法研究计算机图形学是一门应用广泛且发展迅速的学科，其中透视变换算法是其中的重要内容之一。
透视变换算法是用于将三维场景投影到二维平面上的一种技术，可以用于制作三维建模、游戏开发、虚拟现实等诸多场景。
本文将对透视变换算法进行深入探讨。
一、透视变换的基本原理透视变换是一种投影变换，实际上是将原本三维的场景投影到一个二维平面上，使得相机所看到的场景保持透视关系。
我们以一个简单的场景为例，来说明透视变换的基本原理。
图一：一个简单的场景如图一所示，我们需要将这个三维场景投影到一个平面上。
我们假设相机位置在(0,0,0)，相机朝向为Z轴正方向。
首先，我们需要将相机坐标系转换为世界坐标系。
我们可以通过相机的位置、视线方向、以及上方向来得到相机坐标系的X、Y、Z轴方向向量，进而得到相机矩阵(Camera Matrix)。
接下来，我们需要将物体坐标系转换为相机坐标系。
我们可以通过将物体的顶点坐标乘以一个变换矩阵(Model Matrix)，将物体从模型空间转换到世界空间，然后将其乘以相机矩阵，将其从世界空间转换到相机空间。
最后，我们对相机空间中的坐标进行透视变换，得到最终的图像。
透视变换的过程如下：(1) 将相机空间中的坐标投影到相机平面上。
这一步称作投影变换(Projection transformation)，通常使用投影矩阵(Projection Matrix)来实现。
(2) 对投影后的坐标进行归一化(Normalization)处理，使得所有坐标的Z值都等于1。
(3) 将归一化后的坐标变换到屏幕空间(Screen Space)。
屏幕空间是二维的，并且以屏幕左上角为原点，以屏幕右下角为坐标系的正方向。
这一步通常使用视口变换(Viewport Transformation)来实现。
二、透视变换算法的具体实现透视变换算法是计算机图形学中的重要内容之一，其核心在于将三维场景转换为二维图像。
计算机图形学-实验报告3-透视投影算法
实验地点
软件实验室
指导教师
李丽亚
在屏幕客户区中心绘制立方体的透视投影线框模型使用工具栏的动画图标按钮或键盘上的方向键旋转视点观察立方体生成立方体的旋转动画
实验报告
课ห้องสมุดไป่ตู้名称
班级
班级学号
姓名
实验日期
成绩
实验题目
透视投影算法
一、实验目的：
观察变换矩阵
透视投影变换矩阵
一点透视
二点透视
三点透视
二、实验内容：
在屏幕客户区中心绘制立方体的透视投影线框模型，使用工具栏的“动画”图标按钮或键盘上的方向键旋转视点观察立方体，生成立方体的旋转动画。选择工具栏的123图标按钮分别绘制立方体线框模型的一点透视图，二点透视图，三点透视图。
三、实验步骤：
（1）读入立方体8个顶点构成的顶点表与6个表面构成的表面表。
（2）使用透视投影矩阵在屏幕坐标系绘制立方体的透视投影。
（3）旋转视点观察立方体的透视投影。
（4）使用鼠标左键增加视径，缩小立方体的透视投影。
（5）使用鼠标左键减小视径，放大立方体的透视投影。
（6）使用双缓冲技术绘制立方体旋转动画。
CAD绘图中的透视投影原理与应用
CAD绘图中的透视投影原理与应用CAD（Computer-Aided Design）是计算机辅助设计的缩写，是一种通过计算机系统进行设计和绘图的工具。
在CAD软件中，透视投影是一种常用的绘图技术，它能够以逼真的方式呈现三维物体的立体感。
在本文中，我们将探讨CAD绘图中的透视投影原理与应用。
透视投影是一种模拟人眼观察的投影方式，可以在平面上绘制出具有深度和立体感的图形。
它基于透视原理，通过模拟物体离观察者的距离和观察角度来产生真实的立体效果。
透视投影实质上是将三维空间中的物体映射到二维平面上。
在CAD软件中使用透视投影可以使设计师更加准确和直观地理解设计。
例如，在建筑设计中，透视投影可以帮助设计师预测建筑物在现实世界中的外观。
通过绘制透视图，设计师可以更好地评估建筑物的比例、尺寸和空间感。
在CAD软件中实现透视投影的方法有多种。
一种常用的方法是使用相机视角。
设计师可以在CAD软件中设置相机的位置和角度，以模拟透视效果。
通过移动相机位置和调整观察角度，设计师可以从不同的角度观察和绘制三维模型。
另一种方法是使用透视投影工具。
CAD软件通常提供了一些专门用于透视投影的工具和功能，设计师可以使用这些工具轻松地创建透视图。
通过指定观察点和观察角度，软件会自动计算出相应的透视效果。
与透视投影相关的一个重要概念是消失点。
消失点是在透视图中，平行线在远离观察者的方向上似乎汇聚在一点。
CAD软件通常会自动计算出消失点，并将其用于绘制透视图。
设计师可以利用消失点来判断平行线的方向和长度。
通过合理地运用消失点，设计师可以更好地表现物体的透视效果，并使其更加真实。
除了用于设计呈现，透视投影在CAD软件中还具有其他应用。
例如，在建筑设计中，透视投影可以用于制作虚拟漫游和可视化效果。
通过使用透视投影方式，设计师可以在CAD软件中创建一个可以模拟真实场景的环境，以便用户可以更好地理解和体验设计。
透视投影在产品设计中也有广泛的应用。
透视投影详解
透视投影详解概述投影变换完成的是如何将三维模型显示到二维视口上，这是一个三维到二维的过程。
你可以将投影变换看作是调整照相机的焦距，它模拟了为照相机选择镜头的过程。
投影变换是所有变换中最复杂的一个。
视锥体视锥体是一个三维体，他的位置和摄像机相关，视锥体的形状决定了模型如何从camera space投影到屏幕上。
最常见的投影类型-透视投影，使得离摄像机近的物体投影后较大，而离摄像机较远的物体投影后较小。
透视投影使用棱锥作为视锥体，摄像机位于棱锥的椎顶。
该棱锥被前后两个平面截断，形成一个棱台，叫做View Frustum，只有位于Frustum内部的模型才是可见的。
透视投影的目的透视投影的目的就是将上面的棱台转换为一个立方体（cuboid），转换后，棱台的前剪裁平面的右上角点变为立方体的前平面的中心（下图中弧线所示）。
由图可知，这个变换的过程是将棱台较小的部分放大，较大的部分缩小，以形成最终的立方体。
这就是投影变换会产生近大远小的效果的原因。
变换后的x坐标范围是[-1, 1]，y坐标范围是[-1, 1]，z坐标范围是[0, 1]（OpenGL略有不同，z值范围是[-1, 1]）。
透视投影矩阵推导下面来推导一下透视投影矩阵，这样我们就可以自己设置投影矩阵了，就可以模拟神奇的D3DXMatrixPerspectiveLH函数的功能了。
那么透视投影到底做了什么工作呢？这一部分算是个难点，无论是DX SDK的帮助文档，还是大多数图形学书籍，对此都是一带而过，很少有详细讨论的，早期的DX SDK文档还讨论的稍微多一些，而新近的文档则完全取消了投影矩阵的推导过程。
我们可以将整个投影过程分为两个部分，第一部分是从Frustum 内一点投影到近剪裁平面的过程，第二部分是由近剪裁平面缩放的过程。
假设Frustum内一点P（x,y,z）在近剪裁平面上的投影是P'（x',y',z'），而P'经过缩放后的最终坐标设为P''(x",y",z")。
计算机图形学第5章投影变换
5.3 斜平行投影
斜平行投影：是指投影射线方向不与投影平面垂直 的平行投影。若投影方向用矢量［A，B，C］表 示，则点(Xo,Yo,Zo)的投影直线可用参数写成
以Z=0（Zo=0）的平面作为投影平面时，射线与 投影面的交点满足t=-Zo/C，所以投影点的坐标是: Xp=Xo－A· Zo/C和Yp=Yo－B· Zo/C。这些变 换关系可写成： [xp yp zp 1]=[xo yo zo 1]· Mob
设投影线与x轴及y轴的夹角相等，则A'O=B'O 即
另给一约束条件，设原用户坐标系中z方向单位 长度的投影长度是k，即
解上述方程 组： ， ， 。从而可以确定投影变换矩阵H。
，
3、正三轴测投影 正三轴测投影：投影线与各坐标轴夹角全不 相等，使得物体中三个与坐标轴平行的三条边各 以不同比例缩小的正轴测投影，如图所示。
在观察坐标系中的正投影是去掉z分量，上述三点 到坐标原点的长度是 ,按正等轴测投影的 要求，原用户坐标系中x、y和z方向单位长度 的投影长度应相等：A'O=B'O、C'O=B'O 即
解上述方程 组： ，
，
，
，
所以正等轴测投影变换矩阵为：
2、正二轴测投影 正二轴测投影：投影线与各坐标轴的夹角中 有两个相等，使得物体中有两个与坐标轴平行的 边等比例缩小的正轴测投影，如图所示。
二、投影的分类
平行投影可根据投影方向与投影面的夹角分 成两类：正平行投影和斜平行投影。当投影 方向与投影面的夹角为 90°时，得到的投影 为正平行投影，否则为斜平行投影 , 如下图 所示。
5.2 正平行投影
正平行投影的投影中心是在无限远处，且投影射线 与投影平面垂直。正平行投影根据投影面与坐标轴 的夹角又可分成两类：正投影(三视图)和正轴测投 影。当投影面与某一坐标轴垂直时，得到的投影为 三视图，这时投影方向与这个坐标轴的方向一致。 否则，得到的投影为正轴测投影，如下图所示。
透视投影的详细解释（转载）
透视投影的详细解释（转载）本⽂乃<投影矩阵的推导>译⽂，原⽂地址为：译者: 流星上的潴如需转载，请注明出处，感谢！在3D图形程序的基本矩阵变换中，投影矩阵是其中⽐较复杂的。
平移和缩放浏览⼀下就能理解，旋转矩阵只要掌握了三⾓函数知识也可以理解，但投影矩阵有点棘⼿。
如果你曾经看过投影矩阵，你会发现你的常识不⾜以告诉你它是怎么来的。
⽽且，我在⽹上还未看到许多关于如何推导投影矩阵的教程资源。
本⽂的话题就是如何推导投影矩阵。
对于刚刚开始接触3D图形的⼈，我应该指出，理解投影矩阵如何推导可能是我们对于数学的好奇⼼，它不是必须的。
你可以只⽤公式，并且如果你⽤像Direct3D那样的图形API，你甚⾄都不需要使⽤公式，图形API会为你构建⼀个投影矩阵。
所以，如果本⽂看起来有点难，不要害怕。
只要你理解了投影矩阵做了什么，你没必要在你不想的情况下关注它是怎么做的。
本⽂是给那些想了解更多的程序员的。
概述: 什么是投影？计算机显⽰器是⼀个⼆维表⾯，所以如果你想显⽰三维图像，你需要⼀种⽅法把3D⼏何体转换成⼀种可作为⼆维图像渲染的形式。
那也正是投影做的。
拿⼀个简单的例⼦来说，⼀种把3D对象投影到2D表⾯的⽅法是简单的把每个坐标点的z坐标丢弃。
对⽴⽅体来说，看上去可能像图1：图1: 通过丢弃Z坐标投影到XY平⾯当然，这过于简单，并且在⼤多数情况下不是特别有⽤。
⾸先，根本不会投影到⼀个平⾯上；相反，投影公式将变换你的⼏何体到⼀个新的空间体中，称为规范视域体(canonical view volume)，规范视域体的精确坐标可能在不同的图形API之间互不相同，但作为讨论起见，把它认为是从(-1, -1, 0)延伸⾄(1, 1, 1)的盒⼦，这也是Direct3D中使⽤的。
⼀旦所有顶点被映射到规范视域体，只有它们的x和y坐标被⽤于映射到屏幕上。
这并不代表z坐标是⽆⽤的，它通常被深度缓冲⽤于可见度测试。
这就是为什么变换到⼀个新的空间体中，⽽不是投影到⼀个平⾯上。
透视投影变换过程归纳及代码
成像的过程实质上是几个坐标系的转换。
首先空间中的一点由世界坐标系转换到摄像机坐标系，然后再将其投影到成像平面(图像物理坐标系)，最后再将成像平面上的数据转换到图像平面(图像像素坐标系)。
1透视投影公式
1.1世界坐标系转摄像机坐标系
公式如下：
其中，R为旋转矩阵，T为平移矩阵，右侧矩阵是世界坐标系坐标点，左侧是摄像机坐标系坐标点。
R旋转矩阵表示的是摄像机在世界坐标系中绕X,Y,Z旋转的程度，平移矩阵表示的是摄像机在世界坐标系中里世界坐标原点的程度。
R矩阵为3*3的正交矩阵，T为3*1的矩阵。
绕x,y, z轴旋转的矩阵分别如下：
1.2 摄像机坐标系转图像物理坐标系公式如下：
f是焦距
1.3图像物理坐标系转图像像素坐标系
公式如下：
每个像素沿x轴的实际物理尺寸大小是dx，沿y轴的实际物理尺寸大小是dy，单位值毫米。
图像物理坐标系原点在图像像素坐标系中记为(u0,v0)
2.代码
3.逆映射相关
逆映射是将图像像素坐标系坐标点，提供已知的内外参数逆映射到真实世界坐标点。
3.1 像素坐标系到物理坐标系
internalMatrix是相机内参数，取其逆矩阵与像素坐标点相乘，得物理坐标点。
3.2 物理坐标到摄像机坐标
先求得焦距的矩阵，取其逆矩阵与物理坐标点相乘，再乘以缩放因子即可得摄像机坐标点（缩放因子目前不知，暂时全部设为250）3.3 摄像机坐标到真实坐标点
先求得旋转矩阵和平移矩阵，合并两个矩阵之后，取其逆矩阵，让该
逆矩阵与摄像机坐标点相乘，即可得真实世界坐标点。
计算机图形学实验报告
计算机图形学实验报告计算机图形学实验报告引言计算机图形学是研究计算机生成和处理图像的学科，它在现代科技和娱乐产业中扮演着重要的角色。
本实验报告旨在总结和分享我在计算机图形学实验中的经验和收获。
一、实验背景计算机图形学实验是计算机科学与技术专业的一门重要课程，通过实践操作和编程，学生可以深入了解图形学的基本原理和算法。
本次实验主要涉及三维图形的建模、渲染和动画。
二、实验内容1. 三维图形建模在实验中，我们学习了三维图形的表示和建模方法。
通过使用OpenGL或其他图形库，我们可以创建基本的几何体，如立方体、球体和圆柱体，并进行变换操作，如平移、旋转和缩放。
这些基本操作为后续的图形处理和渲染打下了基础。
2. 光照和着色光照和着色是图形学中重要的概念。
我们学习了不同的光照模型，如环境光、漫反射和镜面反射，并了解了如何在三维场景中模拟光照效果。
通过设置材质属性和光源参数，我们可以实现逼真的光照效果，使物体看起来更加真实。
3. 纹理映射纹理映射是一种将二维图像映射到三维物体表面的技术。
通过将纹理图像与物体的顶点坐标相对应，我们可以实现更加细致的渲染效果。
在实验中，我们学习了纹理坐标的计算和纹理映射的应用，使物体表面呈现出具有纹理和细节的效果。
4. 动画和交互动画和交互是计算机图形学的重要应用领域。
在实验中，我们学习了基本的动画原理和算法，如关键帧动画和插值技术。
通过设置动画参数和交互控制，我们可以实现物体的平滑移动和变形效果，提升用户体验。
三、实验过程在实验过程中，我们首先熟悉了图形库的使用和基本的编程技巧。
然后，我们按照实验指导书的要求，逐步完成了三维图形建模、光照和着色、纹理映射以及动画和交互等任务。
在实验过程中，我们遇到了许多挑战和问题，但通过不断的尝试和调试，最终成功实现了预期的效果。
四、实验结果通过实验，我们成功实现了三维图形的建模、渲染和动画效果。
我们可以通过键盘和鼠标控制物体的移动和变形，同时观察到真实的光照效果和纹理映射效果。
投影透视课程知识点总结
投影透视课程知识点总结一、投影透视的基本概念1. 透视的定义透视是一种通过线条和色彩来表现物体远近、大小和空间关系的绘画技巧。
透视是3D世界投影到2D平面上的一种方法，通过变换和缩放来表现物体的形态和空间感。
2. 透视的分类在投影透视中，我们通常会接触到线性透视和大气透视。
线性透视是通过水平线和消失点来表现物体远近和空间关系的方法，大气透视则是通过色彩和对比来表现远近的效果。
3. 透视的原理投影透视的原理是基于人类的视觉系统和光线传播的规律，通过观察物体在不同角度和距离下的变化来理解透视的规律和表现方式。
二、投影透视的基本技巧1. 比例和尺寸在投影透视中，正确的比例尺寸是非常重要的，通过准确地掌握比例和尺寸，我们可以更真实地表现物体的形态和大小，也可以更好地理解物体的空间关系。
2. 透视线和消失点透视线和消失点是投影透视中的基本概念，通过观察物体在不同角度下的透视线和消失点，我们可以更准确地表现物体的远近和空间关系。
3. 光影和色彩投影透视中，光影和色彩是非常重要的因素，通过准确地表现光影和色彩，我们可以更生动地表现物体的立体感和空间感。
4. 素描和构图素描和构图是投影透视中的基本技巧，通过精细的素描和构图，我们可以更准确地表现物体的形态和空间关系，也可以更丰富地表现物体的立体感和空间感。
三、投影透视的应用领域1. 绘画投影透视在绘画领域中有着非常广泛的应用，通过准确地表现透视和空间感，我们可以创作出更真实和立体的作品，也可以更好地表现物体的远近和大小。
2. 设计在设计领域中，投影透视也有着非常广泛的应用，通过准确地表现透视和空间感，我们可以创作出更具有立体感和空间感的设计作品，也可以更好地表达设计意图和效果。
3. 建筑在建筑领域中，投影透视是非常重要的，通过准确地表现透视和空间感，我们可以更好地理解和表现建筑的结构和空间关系，也可以更好地表达建筑的设计意图和效果。
四、投影透视的学习方法和技巧1. 多观察和实践学习投影透视需要多观察和实践，通过观察物体在不同角度下的变化和实践绘制不同透视的物体，我们可以更好地理解和掌握透视的表现方法和技巧。
计算机图形学实验报告三
《计算机图形学》实验报告glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);//glEnable(GL_SCISSOR_TEST);//glScissor(0.0f,0.0f,500,300);glutWireTeapot(0.4);glFlush();}//窗口调整子程序void myReshape(int w, int h){glViewport(500, -300, (GLsizei)w, (GLsizei)h);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();if (w <= h)glOrtho(-1, 1, -(float)h / w, (float)h / w, -1, 1);elseglOrtho(-(float)w / h, (float)w / h, -1, 1, -1, 0.5);}2，使用opengl函数写一个图形程序，要求分别使用三个光源从一个茶壶的前右上方（偏红色），正左侧（偏绿色）和前左下方（偏蓝色）对于其进行照射，完成程序并观察效果。
}//绘图子程序void display(void){glColor3f(1.0, 1.0, 0.0);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);//glMatrixMode(GL_MODELVIEW);//glLoadIdentity();//设置光源的属性1GLfloat LightAmbient1[] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f }; //环境光参数 ( 新增 )GLfloat LightDiffuse1[] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f }; // 漫射光参数 ( 新增 )GLfloat Lightspecular1[] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f }; // 镜面反射GLfloat LightPosition1[] = { 500.0f, 500.0f, 500.0f, 1.0f }; // 光源位置 ( 新增 ) glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, LightPosition1);glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();3，使用opengl函数完成一个图形动画程序，显示一个球沿正弦曲线运动的过程，同时显示一个立方体沿抛物线运动过程。
透视投影矩阵公式
透视投影矩阵公式透视投影是计算机图形学中常用的一种技术，通过透视投影矩阵，可以将三维物体映射到二维平面上，模拟出真实世界中的透视效果。
本文将介绍透视投影矩阵的原理和常用公式。
一、透视投影的原理在计算机图形学中，透视投影是通过将物体的三维坐标转换为二维坐标来实现的。
透视投影时，离观察者较近的物体会比较大，而离观察者较远的物体会比较小，从而产生了一种近大远小的效果，使画面更加逼真。
透视投影的原理可以用一个简单的模型来描述：将观察者看作位于原点的摄像机，物体位于摄像机前方的三维空间中。
当光线从物体上的某一点射入摄像机中时，两者之间形成一条射线。
我们需要找到摄像机对应的二维平面上的投影点。
二、透视投影矩阵公式透视投影矩阵是将三维坐标转换为二维坐标的关键工具。
下面是透视投影矩阵的公式：```P = M * V * P * N * v```其中，P表示投影后的二维坐标，M表示模型坐标系到世界坐标系的转换矩阵，V表示世界坐标系到相机坐标系的转换矩阵，P表示相机坐标系到裁剪坐标系的转换矩阵，N表示裁剪坐标系到标准化坐标系的转换矩阵，v表示标准化坐标系到屏幕坐标系的转换矩阵。
三、各矩阵的作用和计算方式1. 模型矩阵（M）模型矩阵将物体从局部坐标系转换到世界坐标系。
它包括平移、旋转和缩放等变换。
计算模型矩阵时，需要考虑物体的位置、旋转角度和尺寸等参数。
2. 视图矩阵（V）视图矩阵将世界坐标系转换为相机坐标系。
相机的位置和方向决定了视图矩阵的值。
通过平移相机的位置和旋转相机的方向，可以得到视图矩阵。
3. 投影矩阵（P）投影矩阵将相机坐标系转换为裁剪坐标系。
投影矩阵有两种类型：正交投影和透视投影。
正交投影用于制作二维游戏或平面设计等，而透视投影则用于模拟真实世界的透视效果。
4. 规范化矩阵（N）规范化矩阵将裁剪坐标系转换为标准化坐标系。
裁剪坐标系的坐标范围是(-1,1)，而标准化坐标系的坐标范围是(0,1)。
规范化矩阵通过缩放和偏移来将裁剪坐标系的范围转换为标准化坐标系的范围。
透视投影
103为斜边作等腰直角三角形1035。以点3为圆心，35为半径画圆 弧交基线g-g于点2和4。连线2F2、4F2交对角线上四个点。以光 滑曲线顺次连结上述八点，得椭圆，即为所求。
第一节小结
第二节 建筑透视图的类型
一、一点透视 当画面垂直于基面，且建筑物有两个主向轮廓线平行于画面时，所作透视
图中，这两组轮廓线不会有灭点，第三个主向轮廓线必与画面垂直，其灭点是 主点s‘（图a），这样产生的透视图称一点透视。由于这一透视位置中，建筑 物有一主要立面平行于画面，故又称平行透视。
鸟瞰图一般用于表现一些规模较大的建筑群体，以充分 显示其建筑与周围道路和环境之间，以及建筑与建筑之间 的关系（如图b）。
五、点的透视作图
1. 点的透视特征
空间点的透视是过该点的视线与画面的交点。如图点K的透视就是过点K的视 线SK与画面的交点，用符号K′表示。但空间点K的透视投影K′与它并非唯一对 应，所有在视线SK上的点，如点K1、K2,……,它们的透视都是 K′。为此，必 须引入一个新的概念──基透视，以确定空间点与其透视投影间的唯一对应关系。
(2)直线的灭点(F) 直线的灭点就是该直线 上离画面无限远点的透 视，也就是过直线上无 限远点的视线与画面的 交点，用符号F表示。
由于只有平行两直线才会相交于无限远处，故过直线上 无限远点的视线必然与该直线平行。换句话说，直线MN的灭 点就是平行于直线MN的视线SF∞与画面的交点F；同理，直 线MN的基灭点也就是平行于直线基面投影mn的视线与画面的 交点F。 (3)直线的透视方向
2.同理，求出点N的透视N’和基透视N0 。 3.连接M’和N’，即为直线MN的透视；连接M0 和 N0 ，即为直线MN的基透视。
完整word版计算机图形学实验报告
一、实验目的1、掌握中点Bresenham直线扫描转换算法的思想。
法或有效边表算法进行多边形填充的基本设计思想。
掌握边标志算 2 3掌握透视投影变换的数学原理和三维坐标系中几何图形到二维图形的观察流程。
4掌握三维形体在计算机中的构造及表示方法二、实验环境Windows系统, VC6.0。
三、实验步骤1、给定两个点的坐标P(x,y)，P(x,y)，使用中点Bresenham直线扫描110010转换算法画出连接两点的直线。
实验基本步骤首先、使用MFC AppWizard(exe)向导生成一个单文档视图程序框架。
其次、使用中点Bresenham直线扫描转换算法实现自己的画线函数，函数原型可表示如下：void DrawLine(CDC *pDC, int p0x, int p0y, int p1x, int p1y);在函数中，可通过调用CDC成员函数SetPixel来画出扫描转换过程中的每个点。
COLORREF SetPixel(int x, int y, COLORREF crColor );再次、找到文档视图程序框架视图类的OnDraw成员函数，调用DrawLine 函数画出不同斜率情况的直线，如下图：最后、调试程序直至正确画出直线。
2、给定多边形的顶点的坐标P(x,y)，P(x,y)，P(x,y)，P(x,y)，P(x,y) (424212113040033)使用边标志算法或有效边表算法进行多边形填充。
实验基本步骤首先、使用MFC AppWizard(exe)向导生成一个单文档视图程序框架。
其次、实现边标志算法或有效边表算法函数，如下：void FillPolygon(CDC *pDC, int px[], int py[], int ptnumb); px：该数组用来表示每个顶点的x坐标py ：该数组用来表示每个顶点的y坐标ptnumb：表示顶点个数注意实现函数FillPolygon可以直接通过窗口的DC（设备描述符）来进行多边形填充，不需要使用帧缓冲存储。
透视投影详解
透视投影透视投影是用中心投影法将形体投射到投影面上，从而获得的一种较为接近视觉效果的单面投影图。
它具消失感、距离感、相同大小的形体呈现出有规律的变化等一系列的透视特性，能逼真地反映形体的空间形象。
透视投影也称为透视图,简称透视。
在建筑设计过程中，透视图常用来表达设计对象的外貌，帮助设计构思，研究和比较建筑物的空间造型和立面处理，是建筑设计中重要的辅助图样。
透视投影符合人们心理习惯，即离视点近的物体大，离视点远的物体小，远到极点即为消失，成为灭点。
它的视景体类似于一个顶部和底部都被切除掉的棱椎，也就是棱台。
这个投影通常用于动画、视觉仿真以及其它许多具有真实性反映的方面。
在平行投影中，图形沿平行线变换到投影面上；对透视投影，图形沿收敛于某一点的直线变换到投影面上，此点称为投影中心，相当于观察点，也称为视点。
平行投影和透视投影区别在于透视投影的投影中心到投影面之间的距离是有限的，而平行投影的投影中心到投影面之间的距离是无限的。
当投影中心在无限远时，投影线互相平行，所以定义平行投影时，给出投影线的方向就可以了，而定义透视投影时，需要指定投影中心的具体位置平行投影保持物体的有关比例不变，这是三维绘图中产生比例图画的方法。
物体的各个面的精确视图可以由平行投影得到。
另一方面，透视投影不保持相关比例，但能够生成真实感视图。
对同样大小的物体，离投影面较远的物体比离投影面较近物体的投影图象要小，产生近大远小的效果.透视投影的原理和实现by Goncely摘要：透视投影是3D渲染的基本概念，也是3D程序设计的基础。
掌握透视投影的原理对于深入理解其他3D渲染管线具有重要作用。
本文详细介绍了透视投影的原理和算法实现，包括透视投影的标准模型、一般模型和屏幕坐标变换等，并通过VC实现了一个演示程序。
1 概述在计算机三维图像中，投影可以看作是一种将三维坐标变换为二维坐标的方法，常用到的有正交投影和透视投影。
正交投影多用于三维健模，透视投影则由于和人的视觉系统相似，多用于在二维平面中对三维世界的呈现。
透视投影(Perspective_Projection)变换推导
透视投影是3D固定流水线的重要组成部分，是将相机空间中的点从视锥体(frustum)变换到规则观察体(Canonical View Volume)中，待裁剪完毕后进行透视除法的行为。
在算法中它是通过透视矩阵乘法和透视除法两步完成的。
透视投影变换是令很多刚刚进入3D图形领域的开发人员感到迷惑乃至神秘的一个图形技术。
其中的理解困难在于步骤繁琐，对一些基础知识过分依赖，一旦对它们中的任何地方感到陌生，立刻导致理解停止不前。
没错，主流的3D APIs如OpenGL、D3D的确把具体的透视投影细节封装起来，比如gluPerspective(…) 就可以根据输入生成一个透视投影矩阵。
而且在大多数情况下不需要了解具体的内幕算法也可以完成任务。
但是你不觉得，如果想要成为一个职业的图形程序员或游戏开发者，就应该真正降伏透视投影这个家伙么？我们先从必需的基础知识着手，一步一步深入下去（这些知识在很多地方可以单独找到，但我从来没有在同一个地方全部找到，但是你现在找到了）。
我们首先介绍两个必须掌握的知识。
有了它们，我们才不至于在理解透视投影变换的过程中迷失方向（这里会使用到向量几何、矩阵的部分知识，如果你对此不是很熟悉，可以参考可以找到一组坐标(v1,v2,v3)，使得v = v1 a + v2 b + v3 c （1）而对于一个点p，则可以找到一组坐标（p1,p2,p3），使得p – o = p1 a + p2 b + p3 c （2）从上面对向量和点的表达，我们可以看出为了在坐标系中表示一个点（如p），我们把点的位置看作是对这个基的原点o所进行的一个位移，即一个向量——p – o（有的书中把这样的向量叫做位置向量——起始于坐标原点的特殊向量），我们在表达这个向量的同时用等价的方式表达出了点p:p = o + p1 a + p2 b + p3 c (3)(1)(3)是坐标系下表达一个向量和点的不同表达方式。
这里可以看出，虽然都是用代数分量的形式表达向量和点，但表达一个点比一个向量需要额外的信息。
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实验地点
软件实验室
指导教师
李丽亚
三、实验步骤：
（1）读入立方体8个顶点构成的顶点表与6个表面构成的表面表。
（2）使用透视投影矩阵在屏幕坐标系绘制立方体的透视投影。
（3）旋转视点观察立方体的透视投影。
（4）使用鼠标左键增加视径，缩小立方体的透视投影。
（5）使用鼠标左键减小视径，放大立方体的透视投影。
（6）使用双缓冲技术绘制立方体旋转动画。
实验报告
课程名称
Байду номын сангаас班级
班级学号
姓名
实验日期
成绩
实验题目
透视投影算法
一、实验目的：
观察变换矩阵
透视投影变换矩阵
一点透视
二点透视
三点透视
二、实验内容：
在屏幕客户区中心绘制立方体的透视投影线框模型，使用工具栏的“动画”图标按钮或键盘上的方向键旋转视点观察立方体，生成立方体的旋转动画。选择工具栏的123图标按钮分别绘制立方体线框模型的一点透视图，二点透视图，三点透视图。