计算机图形学

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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用计算机生成、处理和显示图像的学科。

它涉及到计算机科学、数学、物理学和艺术等多个领域的知识。

本文将介绍计算机图形学的基础知识，包括图像表示、图形渲染、几何变换等内容。

一、图像表示图像是由像素组成的二维数组，每个像素表示图像中的一个点。

在计算机中，通常使用位图和矢量图两种方式来表示图像。

1.1 位图位图是将图像划分为像素网格，每个像素使用一定的位数来表示其颜色信息。

位图的优点是能够准确地表示图像的每个像素，但缺点是图像放大会导致像素明显可见，不适用于放大和缩小操作。

1.2 矢量图矢量图使用数学公式来表示图像的形状和属性，与像素无关。

矢量图具有无损放大和缩小的特点，但对于复杂的图像和纹理表示不够准确。

二、图形渲染图形渲染是将图形模型转换为图像的过程，主要包括三维物体的投影、光照和阴影等处理。

2.1 三维物体的投影三维物体投影可以分为正交投影和透视投影两种方式。

正交投影保持物体的大小和形状不变，透视投影则模拟人眼的视觉效果，使得远处的物体变小。

2.2 光照模型光照模型是模拟光线照射物体后产生的亮度和颜色的过程。

常用的光照模型有环境光、漫反射光和镜面反射光等。

2.3 阴影生成阴影生成是根据光照模型计算物体表面的阴影效果。

常用的阴影生成方法有平面阴影和体积阴影等。

三、几何变换几何变换是改变物体在二维或三维空间中的位置、大小和方向的操作，包括平移、旋转和缩放等。

3.1 平移变换平移变换改变物体的位置，可以沿x、y、z轴方向进行平移。

3.2 旋转变换旋转变换改变物体的方向，可以绕x、y、z轴进行旋转。

3.3 缩放变换缩放变换改变物体的大小，可以沿x、y、z轴方向进行缩放。

四、图形学应用计算机图形学广泛应用于许多领域，如电影、游戏、虚拟现实等。

4.1 电影与动画计算机图形学在电影和动画中起到关键作用，能够生成逼真的视觉效果和特殊效果。

4.2 游戏开发计算机图形学在游戏开发中用于生成游戏场景、角色和特效等，提供给玩家沉浸式的游戏体验。

计算机图形学基础知识入门

计算机图形学基础知识入门计算机图形学是一门关于计算机如何生成、处理和显示图像的学科。

它在如今数字媒体和虚拟现实等领域中发挥着重要的作用。

本文将介绍计算机图形学的基础知识，包括图像表示、坐标系统、几何变换和光栅化等方面。

一、图像表示在计算机图形学中，图像可以通过两种方式来表示：位图和矢量图。

1. 位图（Bitmap）位图是一种由像素组成的图像表示方式。

每个像素都包含了图像中一个点的色彩信息。

位图图像通常是一个二维数组，其中每个元素表示图像中相应位置的像素。

2. 矢量图（Vector）矢量图使用线段、曲线和其他几何图元来表示图像。

与位图不同，矢量图通过描述图形的形状和位置来表示图像。

矢量图可以无损地进行缩放和变换，因此在图形设计和打印等领域中广泛应用。

二、坐标系统在计算机图形学中，坐标系统用于定义和表示图像中点的位置。

常见的坐标系统包括二维笛卡尔坐标系和三维笛卡尔坐标系。

1. 二维笛卡尔坐标系二维笛卡尔坐标系由一个水平轴和一个垂直轴组成。

原点通常定义为坐标轴的交点。

在二维笛卡尔坐标系中，每个点可以由其水平和垂直坐标表示。

2. 三维笛卡尔坐标系三维笛卡尔坐标系在二维笛卡尔坐标系的基础上增加了一个垂直轴，通常表示为Z轴。

三维坐标系中的点可以由其水平、垂直和垂直坐标表示。

三、几何变换几何变换是指通过对图像中的点进行平移、旋转、缩放和反射等操作来改变图像的形状和位置。

常见的几何变换包括平移、旋转、缩放和错切。

1. 平移平移是将图像中的点移动指定的水平和垂直距离。

这可以通过对点的坐标进行简单的加减操作来实现。

2. 旋转旋转是将图像中的点绕指定的旋转中心按一定角度进行旋转。

旋转操作需要使用三角函数来计算旋转后的点坐标。

3. 缩放缩放是通过改变图像中点的坐标来调整图像的大小。

缩放操作可以通过对点的坐标进行乘法运算来实现。

4. 错切错切是将图像中的点按一定比例沿着坐标轴进行拉伸。

错切操作需要使用矩阵运算来计算变换后的点坐标。

计算机图形学

第一章1.计算机图形学的主要研究内容是什么？答：计算机中图形的表示方法，以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。

图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。

2.列举三个以上图形学的应用领域。

答：计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、可视化、真实感图形实时绘制与自然景物仿真、计算机动画、用户接口、计算机艺术等。

3.一个图形系统通常由哪些图形设备组成？答：一个图形系统通常由图形处理器、图形输入设备和图形输出设备构成。

4.有哪些常用的图形输入设备？答：键盘、鼠标、光笔和触摸屏等。

第二章1.字符串裁剪可按哪三个精度进行？答：串精度，字符精度，笔画或像素精度。

2.简述裁剪方法和中点裁剪方法的思想，并指出中点裁剪方法的改进之处及这种改进的理由。

答：（1）裁剪就是确定图形中哪些部分落在显示区之内，哪些落在显示区之外，最后只需显示落在显示区内的那部分图形，以便提高显示效率的过程。

一般的裁剪方法是：先裁剪再扫描转换。

（2）中点裁剪方法的思想是首先对线段端点进行编码，并把线段与窗口的关系分为三种情况，即在全在窗口内、完全不在窗口内和线段与窗口有交。

对第一种情况，显示该线段；对第二种情况，丢弃该线段；对第三种情况，用中点分割法求出线段与窗口的交点，即从线段的一端的端点出发找出距该端点最近的可见点，并从线段的另一端点出发找出距该端点最近的可见点，两个可见点之间的连线即为线段的可见部分。

（3）中点裁剪方法改进之处：对第三种情况,不直接解方程组求交,而是采用二分法收搜索交点。

这样改进的理由是：计算机屏幕的像素通常为 1024×1024,最多十次二分搜索即可到像素级,必然能找到交点，而且中点法的主要计算过程只用到加法和除2运算,效率高,也适合硬件实现。

计算机图形学

1、名词解释：直接设备、间接设备、绝对坐标设备、相对坐标设备、离散设备、连续设备、回显、约束、网格、引力域、橡皮筋技术、草拟技术、拖动、旋转、形变。

1)直接设备：直接设备指诸如触摸屏一类用户可直接用手指指点屏幕进行操作从而实现定位的设备。

2)间接设备：指诸如鼠标、操纵杆等用户通过移动屏幕上的光标实现定位的设备。

3)绝对坐标设备：绝对坐标设备包括数字化仪和触摸屏,它们都有绝对原点,定位坐标相对原点来确定。

绝对坐标设备可以改成相对坐标设备,如数字化仪,只要记录当前点位置与前一点位置的坐标差(增量),并将前一点看成是坐标原点,则数字化仪的定位范围也可变成无限大。

4)相对坐标设备：相对坐标设备可指定的范围可以任意大,然而只有绝对坐标设备才能作为数字化绘图设备。

5)离散设备：键控光标则为离散设备。

使用离散设备也难以实现精确定位。

6)连续设备：把手的连续运动变成光标的连续移动,鼠标、操纵杆、数字化仪等均为此类设备。

连续设备比离散设备更自然、更快、更容易用,且在不同方向上运动的自由度比离散设备大。

使用离散设备也难以实现精确定位。

7)回显：回显作为一种最直接的辅助方式，大部分交互式绘图过程都要求回显。

比如在定位时，用户不仅要求所选的位置可在屏幕上显示出来，还希望其数据参数也在屏幕上显示，这样可以获得精确位置来调整定位坐标。

在选择、拾取等过程中，用户也都希望能够直观地看到选择或拾取的对象以便确认。

8)约束：约束是在图形绘制过程中对图形的方向、对齐方式等进行规定和校准。

约束方式有多种，最常用的约束是水平或垂直直线约束，使用户可以轻松地绘制水平和垂直线而不必担心线的末端坐标的精度范围。

另外，其他类型的约束技术用于产生各种校准过程，如画矩形时按住一定的键可约束画正方形，画椭圆时按住一定的键可约束画圆等。

9)网格：叠加在屏幕绘图坐标区的矩形网格可以用来定位和对准对象或文本，这种技术可帮助用户方便地在高分辨率图形显示器上定义一个精确的坐标位置，以便画出更加准确、清晰的线条和图形。

计算机图形学

计算机图形学计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图像的学科领域。

它是计算机科学的一个重要分支，与计算机视觉和图像处理相关。

计算机图形学的发展促进了许多领域的进步，包括动画、游戏开发、虚拟现实等。

一、引言计算机图形学是指通过计算机技术实现图像的生成、处理和显示。

它利用算法和数学模型来模拟和渲染图像，以生成逼真的图像或动画。

计算机图形学在多个领域有着广泛的应用，如电影、游戏、建筑设计等。

二、图形学的基本原理1. 坐标系统图形学中常用的坐标系统是笛卡尔坐标系，它由横轴X、纵轴Y和垂直于二者的Z轴组成。

通过坐标系统，可以定位和描述图像中的点、线和面。

2. 图形的表示图形可以通过几何图元来表示，常见的几何图元有点、线和面。

点由坐标表示，线由两个端点的坐标表示，面由多个点或线组成。

3. 变换和投影变换是指对图像进行平移、旋转和缩放等操作，通过变换可以改变图像的形状和位置。

投影是将三维图像映射到二维平面上的过程，常见的投影方式有平行投影和透视投影。

4. 着色模型着色模型用于为图像添加颜色和材质信息，常见的着色模型有平均着色模型和Phong着色模型。

平均着色模型通过计算图像的平均颜色来实现简单的着色效果，Phong着色模型考虑了光照的影响，能够产生更加逼真的效果。

三、图形学的应用1. 电影和动画计算机图形学在电影和动画领域有着广泛的应用。

通过计算机图形学技术，电影制作人能够创建逼真的特效，包括爆炸、碰撞和飞行等场景。

动画片的制作也离不开计算机图形学的技术支持，它能够实现角色的自由移动、表情的变化等特效效果。

2. 游戏开发计算机图形学是游戏开发中不可或缺的一部分。

游戏中的人物、场景和特效都是通过计算机图形学技术来实现的。

游戏开发人员利用图形学算法和引擎来创建游戏中的3D场景和角色，并通过渲染技术使其看起来逼真。

3. 虚拟现实虚拟现实是一种模拟真实世界的计算机生成环境。

计算机图形学在虚拟现实领域的应用可以让用户身临其境地感受到虚拟环境的存在。

计算机图形学知识点大全

计算机图形学知识点大全计算机图形学是计算机科学中的一个重要分支，涵盖了图像处理、计算机视觉、图形渲染等多个领域。

本文将介绍计算机图形学的一些重要知识点，帮助读者更好地理解和应用这些知识。

一、基础概念1. 图形学概述：介绍计算机图形学的定义、发展历史以及应用领域。

2. 图像表示：探讨图像的表示方法，包括光栅图像和矢量图像，并介绍它们的特点和应用场景。

3. 坐标系统：详细介绍二维坐标系和三维坐标系，并解释坐标变换的原理和应用。

二、图像处理1. 图像获取与预处理：介绍数字图像的获取方式和常见的预处理方法，如去噪、增强和平滑等。

2. 图像特征提取：讲解图像特征提取的基本概念和方法，例如边缘检测、角点检测和纹理特征提取等。

3. 图像分割与目标识别：介绍常见的图像分割算法，如阈值分割、基于区域的分割和基于边缘的分割等，以及目标识别的原理和算法。

三、计算机视觉1. 相机模型：详细介绍透视投影模型和针孔相机模型，并解释摄像机矩阵的计算和相机标定的方法。

2. 特征点检测与匹配：讲解常用的特征点检测算法，如Harris 角点检测和SIFT特征点检测，并介绍特征点匹配的原理和算法。

3. 目标跟踪与立体视觉：介绍目标跟踪的方法，如卡尔曼滤波和粒子滤波，以及立体视觉的基本原理和三维重建方法。

四、图形渲染1. 光栅化：详细介绍光栅化的原理和算法，包括三角形光栅化和线段光栅化等。

2. 着色模型：介绍常见的着色模型，如平面着色、高光反射和阴影等，并解释经典的光照模型和材质属性。

3. 可视化技术：讲解常用的可视化技术，如体数据可视化、流场可视化和虚拟现实等，以及它们在医学、工程等领域的应用。

五、图形学算法与应用1. 几何变换：介绍图形学中的几何变换，包括平移、旋转、缩放和矩阵变换等，并解释它们在图形处理和动画中的应用。

2. 贝塞尔曲线与B样条曲线：详细介绍贝塞尔曲线和B样条曲线的定义、性质和应用，以及它们在曲线建模和动画设计中的重要作用。

什么是计算机图形学

什么是计算机图形学计算机图形学是以计算机为工具，利用数学、物理、计算机科学等多个领域的知识与方法，研究如何利用计算机生成、处理、分析图形及图形相关的问题。

计算机图形学在现代工业、医学、娱乐、教育等领域中被广泛应用。

比如，运用计算机图形学，可以制作出逼真的3D模型，用于建筑、工程、汽车、航空航天等行业中的设计和模拟；可以制作出各种立体动画、视频游戏、虚拟现实等等。

计算机图形学还可以通过计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）系统，方便地创建、修改和生产产品或零件。

在医学上，计算机图形学也有很大的用处，可以用于人体的成像，如X光、CT、MRI等成像技术，将人体或器群的内部结构清晰地显示出来，便于医生进行诊断和手术操作。

计算机图形学的发展主要可以分为以下几个阶段：第一阶段是从1963年到1976年，这一时期主要是对二维图形的处理。

随着计算机的发展，人们开始尝试将图形应用到计算机中。

在这个阶段中，人们主要关注的是如何将图形显示在屏幕上。

第二阶段是从1977年到1988年，这一时期主要是三维图形的研究。

随着计算机技术的进步，计算机图形学得到了快速的发展。

在这个阶段中，人们开始研究如何在计算机中呈现三维图形。

同时，人们还发现通过利用光线追踪算法可以实现更真实的图像效果。

第三阶段是从1989年到2002年，这一时期主要是基于物理模拟的研究。

在这个阶段中，人们开始将物理学的理论应用于计算机图形学中。

通过对物质、光线等的物理特性进行计算和模拟，人们可以更加真实地呈现出三维图形。

第四阶段是从2003年到现在，这一时期主要是计算机图形学应用的广泛和发展。

在这个阶段中，计算机图形学不仅通过游戏、影视等娱乐产业得以广泛应用，还将其应用于医疗、设计、模拟等工业领域，极大地推进了各行各业的发展。

总的来说，计算机图形学具有很多应用，广泛地应用于不同行业中。

不断创新和发展的计算机图形学技术将会极大地改变我们的生活和工作方式。

计算机图形学

计算机图形学计算机图形学是研究计算机如何生成、处理和显示图像的一门技术。

它广泛应用于游戏、电影、医学、设计等领域。

随着计算机技术的发展，计算机图形学也在不断发展，涌现出许多新技术和应用。

计算机图形学包括三个主要方面：几何建模、光线追踪和渲染。

几何建模是指将物体转化为计算机可识别的几何形状。

光线追踪则是模拟光线在物体表面反射的过程，计算出每个像素对应的颜色和亮度。

渲染是将光线追踪得到的结果转化为最终图像。

在几何建模方面，最常用的方法是三维建模。

通过对物体的三维表示，可以方便地对其进行操作和变换，例如平移、旋转、缩放等。

为了更加高效地进行三维建模，有许多专业软件可供使用，例如Maya、3ds Max等。

在光线追踪方面，传统的方法是基于光线与物体表面的交点的计算方式，不仅计算量大，而且无法处理光线经过透明物体时的折射和反射现象。

近年来，随着GPU技术的发展，实时光线追踪逐渐成为了一种趋势。

实时光线追踪可以透过硬件加速，快速高效地计算光线与物体的交点，同时可以处理复杂的折射和反射现象，呈现出更高质量的图像效果。

另外，计算机图形学还包括了许多其他技术，例如纹理映射、反走样等。

纹理映射是将纹理贴图应用到物体表面上，增加了物体表面的细节和真实感。

反走样则是一种消除图像锯齿的方法，采用一种特殊的抗锯齿算法来实现。

在应用方面，计算机图形学为许多领域提供了广泛的支持。

游戏中的场景和角色的建模、光照、渲染等都离不开计算机图形学技术。

电影中的特效和CGI也应用了许多计算机图形学技术。

医学影像学中，计算机图形学可以对医学影像进行三维重建，并进行可视化呈现。

设计领域中，计算机图形学可以帮助设计师进行三维建模和渲染，以实现更加真实的设计效果。

总之，计算机图形学已经成为了现代科技中不可或缺的一部分。

随着技术的不断发展，其应用范围也在不断扩大，未来光明前景。

一、计算机图形学的起源计算机图形学的起源可以追溯到20世纪50年代。

当时，计算机还没有进入人们的生活，它只是一种庞大的科学仪器。

计算机图形学

计算机图形学计算机图形学是研究计算机科学领域中与图形相关的技术和理论的学科。

它主要涉及计算机生成图像、图像处理、计算机动画和计算机辅助设计等方面。

在现代社会的广泛应用中，计算机图形学在许多行业中发挥着重要作用。

一、计算机图形学的发展历程计算机图形学的发展可以追溯到20世纪60年代。

当时，计算机的出现为图形学的研究和应用带来了新的机遇。

最早的图形系统是以点阵形式显示的，随后发展为矢量图形系统。

在上世纪70年代，计算机图形学的研究重点逐渐转向了实时渲染和三维建模。

随着计算机硬件和软件的不断进步，计算机图形学的应用范围也日益扩大。

如今，计算机图形学已经渗透到电影、游戏、虚拟现实等众多领域，给人们带来了沉浸式的视觉体验。

二、计算机图形学的基本原理1. 点、线和面的表示：计算机图形学中最基本的要素是点、线和面。

点是图形的最小单位，线连接两个点，而面是由多个线组成的封闭区域。

在计算机中，点、线和面可以通过数学方程或数据结构进行表示。

2. 坐标系：坐标系是计算机图形学中的重要概念。

常见的坐标系有笛卡尔坐标系和极坐标系。

在二维图形中，笛卡尔坐标系通常用来表示点的位置，而极坐标系则用来表示点相对于原点的距离和角度。

3. 变换和投影：变换是计算机图形学中的重要操作，它可以改变图形的位置、方向和大小。

常见的变换操作包括平移、旋转和缩放。

投影则是将三维空间中的图形映射到二维平面上的过程，常见的投影方式有平行投影和透视投影。

三、计算机图形学的应用领域1. 游戏开发：计算机图形学在游戏开发中起到了举足轻重的作用。

通过计算机图形学技术，游戏开发人员可以实现逼真的场景、精美的特效和流畅的动画。

2. 电影和动画制作：计算机图形学在电影和动画制作中广泛应用。

通过计算机生成的图像和特效，制作人员可以实现无限想象的场景和效果，并使观众沉浸于电影或动画的世界中。

3. 工程设计：计算机图形学在工程设计中带来了极大的便利。

通过计算机辅助设计软件，工程师可以在计算机上进行模拟和设计，从而节省时间和成本。

计算机图形学的基本概念和应用

计算机图形学的基本概念和应用计算机图形学是研究计算机生成和处理图形图像的一门学科。

它涵盖了多个领域，包括几何学、光学、物理学和计算机科学等。

本文将介绍计算机图形学的基本概念和应用，并分步骤详细列出相关内容。

一、基本概念：1. 像素（Pixel）：图像的最小单位，代表图像中的一个点。

2. 分辨率（Resolution）：表示图像的清晰度和细节程度，通常以像素为单位。

3. 位图（Bitmap）：由像素组成的图像。

4. 矢量图（Vector）：使用数学公式描述的图像，可无限放大而不失真。

5. 渲染（Rendering）：将三维场景转化为二维图像的过程。

6. 光线追踪（Ray Tracing）：通过追踪光线来模拟光的传播和反射，生成逼真的图像。

7. 图像处理（Image Processing）：对图像进行编辑、增强、修复等操作。

二、应用领域：1. 游戏开发：计算机图形学在游戏中扮演着重要角色，包括场景渲染、纹理贴图、物理效果等。

2. 动画制作：通过计算机生成的图形和图像，实现动画的创作和渲染。

3. 虚拟现实（VR）和增强现实（AR）：通过计算机图形学技术，创建逼真的虚拟世界和与现实世界结合的增强体验。

4. 医学图像处理：利用计算机图形学技术，处理医学图像，辅助诊断和手术操作。

5. 工业设计：通过计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM），实现工业产品的设计和制造流程。

三、应用步骤：1. 数据采集：获取所需图像数据，可以使用相机、扫描仪等设备将现实世界中的物体转化为数字图像。

2. 图像处理：对图像进行预处理，如去噪、增强对比度、边缘检测等，以便后续操作。

3. 建模和渲染：根据需要，使用三维建模软件创建物体或场景模型，然后进行渲染，生成最终图像。

4. 光照和材质：根据场景需要设置光源和材质属性，以实现逼真的光照效果。

5. 动画制作：对静态图像进行动画设计，设置物体运动轨迹、变形效果等，生成动态的图像。

计算机图形学

计算机图形学定义：计算机图形学是研究怎样用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。

图形：表示和绘制+ 输入/输出设备计算机图形学：计算机科学中，最为活跃、得到广泛应用的分支之一数据计算机图形系统图形图形及图形的表示方法图形：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构成图形的要素几何要素：刻画对象的轮廓、形状等非几何要素：刻画对象的颜色、材质等表示方法点阵表示枚举出图形中所有的点(强调图形由点构成)简称为图像（数字图像）参数表示由图形的形状参数(方程或分析表达式的系数，线段的端点坐标等)+属性参数(颜色、线型等)来表示图形简称为图形图形主要分为两类：1、基于线条信息表示2、明暗图(Shading)第一章绪论1.2.2 图象处理研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像，如何对数字图像做各种变换以方便处理如何滤去图像中的无用噪声，如何压缩图像数据以便存储和传输，图像边缘提取，特征增强和提取1.2.3 计算机视觉和模式识别图形学的逆过程，分析和识别输入的图像并从中提取二维或三维的数据模型（特征）。

手写体识别、机器视觉计算几何几何问题的计算复杂性发展特点内容交叉、界限模糊、相互渗透1.3 CG的应用1.3.1 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）CAD/CAM是计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域1、飞机、汽车、船舶的外形的设计,如波音777飞机的设计和加工过程2、发电厂、化工厂等的布局3、土木工程、建筑物的设计4、电子线路、电子器件的设计,设计结果直接送至后续工艺进行加工处理1.3.2 科学计算可视化科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元分析、气象分析当中⏹在医学领域，可视化有着广阔的发展前途⏹是机械手术和远程手术的基础⏹将医用CT扫描的数据转化为三维图象，帮助医生判别病人体内的患处⏹由CT数据产生在人体内漫游的图象⏹可视化的前沿与难点⏹可视化硬件的研究⏹实时的三维体绘制⏹体内组织的识别分割——Segmentation1.3.3 真实感图形的绘制与计算机仿真1、计算机中重现真实世界的场景叫做真实感绘制2、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1.3.4 其他应用⏹GIS⏹娱乐⏹多媒体⏹虚拟现实（VR)1.3.5 当前研究的热点⏹计算机动画⏹用户接口⏹计算机艺术1.4 常用图形设备图形输入设备键盘、鼠标、光笔、触摸屏、扫描仪等图形输出设备阴极射线管（CRT)、显示器（光栅扫描显示器、液晶显示器）、打印机、绘图仪等作业1.写出对计算机图形学的认识,谈谈学科发展的关键因素2.计算机图形学的主要研究内容是什么?3.计算机图形学最具潜力的应用是什么?4.谈谈对计算机图形学的前沿领域的设想和体会?第二章基本二维图形的生成概念光栅显示器显示的图形是由一系列紧靠该图形路径的像素表示的，可看作具有一种或多种颜色的像素的矩阵或集合。

计算机图形学

1.2计算机图形系统的组成和功能
图形系统形专
图形硬件图形软件
基础设备：主机、内存、外存等基本图形设备：图形显示器、图形适器、键盘等
专用图形设备：数字化仪、绘图仪、图形打印机等
图形语言：程序设计语言、数据库管理语言、图
用语言图形数据库：图形对象库、操作方法库、模型库
图形程序：图形系统程序、应用程序、图形工具
组网技术
计算机图形学
计算机的应用越来越广泛，应用计算机进行复杂的科学计算、产品设计等，都需要计算机能呈现出直观形象的图形来降低操作的复杂性。
图形软件设计理论和应用技术成了计算学科的重要课题，计算机图形学成为许多重要应用领域的必备知识。
计算机图形学，就是研究怎样用计算机生成、处理和显示图形的学科。
20世纪60年代中期随机扫描的显示器虽具有较高的分辨率、较高的对比度以及
良好的动态性能，但要有一个高速处理器。 20世纪70年代中期光栅图形显示器被显示的图形都按像素存放。图形处理
和图像处理相渗透，使得算机生成的图形逼真、形象。
图形系统软件
▪ 最基本的图形系统软件是用某种计算机语言写成的子程序包，如GKS、PHIGS、GL等，在这类程序包基础上开发的图形程序便于移植和推广，但相对来说执行速度慢、效率低。
坐标数字化仪（Dig，如跟踪球（Trackball）
图形输入设备还有键盘（Keyboard）和按键（Button）。
常用的图形输出设备
除了图形显示器外，主要的图形输出设备是图形打印机和绘图仪。
绘图输出设备还有热转换打印机、热化染色转换打印机、摄像机和扫描仪等。
1.7计算机图形学的进展与展望
计算机图形学主要是研究图形（图像）的计算机生成，在图形基础研究方面可归纳为两个主要方向，即建模（Modeling）技术（又称“造型技术”）和绘制（Rendering）技术。

计算机图形学

计算机图形学a.扫描线算法：⽬标：利⽤相邻像素之间的连贯性，提⾼算法效率。

处理对象：简单多边形，⾮⾃交多边形（边与边之间除了顶点外⽆其它交点）。

扫描线：平⾏于坐标轴的直线，⼀般取平⾏于X轴。

区间：扫描线与边的交点间的线段。

基本原理：将整个绘图窗⼝内扫描多边形的问题分解到⼀条条扫描线，只要完成每条扫描线的绘制就实现了多边形的扫描转换；⼀条扫描线与多边形的边有偶数个交点，每2个点形成⼀区间。

步骤：(对于每⼀条扫描线)(1)计算扫描线与边的交点(2)交点按x坐标从⼩到⼤排序(3)交点两两配对，填充区间。

算法：1、建⽴ET；2、将扫描线纵坐标y的初值置为ET中⾮空元素的最⼩序号，如图中，y=1；3、置AEL为空；4、执⾏下列步骤直⾄ET和AEL都为空．4.1、如ET中的第y类⾮空，则将其中的所有边取出并插⼊AEL 中；4.2、如果有新边插⼊AEL，则对AEL中各边排序；4.3、对AEL中的边两两配对，（1和2为⼀对，3和4为⼀对，…），将每对边中x坐标按规则取整，获得有效的填充区段，再填充．4.4、将当前扫描线纵坐标 y 值递值1；4.5、将AEL中满⾜y = ymax边删去（因为每条边被看作下闭上开的）；4.6、对AEL中剩下的每⼀条边的x 递增deltax，即x = x+deltax．b.⾛样与反⾛样：⾛样：⽤离散量（像素）表⽰连续的量（图形）⽽引起的失真，称为⾛样，或称为混淆。

光栅图形的⾛样现象：阶梯（锯齿）状边界、图形细节失真、狭⼩图形遗失：动画序列中时隐时现，产⽣闪烁。

反⾛样：在图形显⽰过程中，⽤于减少或消除⾛样（混淆）现象的⽅法。

⽅法：提⾼分辨率⽅法{⽅法简单，但代价⾮常⼤，显⽰器的⽔平、竖直分辩率各提⾼⼀倍，则显⽰器的点距减少⼀倍，帧缓存容量则增加到原来的4倍，⽽扫描转换同样⼤⼩的图元却要花4倍时间}、⾮加权区域采样{扫描转换线段的两点假设：像素是数学上抽象的点，它的⾯积为0，它的亮度由覆盖该点的图形的亮度所决定；直线段是数学上抽象直线段，它的宽度为0。

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。

计算机图形学基础教程

计算机图形学基础教程计算机图形学是研究计算机如何生成、操作和显示图像的学科领域。

它与计算机科学、数学和物理学等学科有着密切的联系。

本篇文章将介绍计算机图形学的基础知识，旨在帮助初学者对这一领域有基本的了解。

一、计算机图形学的定义与应用范围1. 定义：计算机图形学是通过计算机生成和处理图像的学科领域。

2. 应用范围：计算机图形学广泛应用于电影制作、游戏开发、虚拟现实、计算机辅助设计等领域。

二、图像的表示与处理方法1. 位图与矢量图：位图是通过像素点表示的图像，矢量图是通过数学公式描述的图像。

2. 光栅化：将矢量图转化为位图的过程。

3. 图像处理：包括图像的增强、滤波、分割等操作，用于改善图像质量或提取图像特征。

三、计算机图形学中的几何转换1. 平移、旋转、缩放：分别指物体的平移、旋转和尺度变换。

2. 坐标系与变换矩阵：用于描述物体在二维或三维空间中的位置和方向。

四、视景投影与相机模型1. 正交投影与透视投影：分别用于模拟平行投影和透视效果。

2. 相机模型：用于模拟相机的成像原理，包括焦距、视角等参数。

五、光线追踪与渲染1. 光线追踪：通过模拟光线在场景中的传播路径，生成逼真的光影效果。

2. 渲染：根据场景中物体的材质、光照等属性，生成逼真的图像。

六、三维建模与动画1. 网格建模：使用三角形或多边形网格来描述物体的表面。

2. 曲面建模：使用数学曲面来描述物体的表面。

3. 动画：通过对三维模型的移动和变形，生成动态的图像。

七、计算机图形学中的算法与技术1. Bresenham算法：用于绘制直线和圆。

2. 贝塞尔曲线：用于实现曲线的平滑插值。

3. 着色模型：包括平面着色、Gouraud着色和Phong着色等方法。

八、计算机图形学的发展与挑战1. 发展历程：计算机图形学经历了从二维到三维、从实时渲染到光线追踪的发展过程。

2. 挑战与前景：目前的挑战包括实时渲染、虚拟现实、计算机辅助设计等领域的应用。

九、计算机图形学的学习方法与资源推荐1. 学习方法：通过阅读教材、参加课程和实践项目来提升对计算机图形学的理解和实践能力。

2024版计算机图形学孙家广

优点
可以生成更为真实和自然的动画效果；且可以模拟复杂的物理现象，如流体、烟雾等。
缺点
需要对物理现象进行精确的建模和计算，技术难度较大；且计算量较大，需要高性能的计算机硬件支持。
07
计算机图形学前沿技术
虚拟现实技术
VR技术的应用领域：广泛应用于游戏、影视、教育、医疗、军事、航空航天等领域，为用户带来沉浸式的交互体验。
增强图形的立体感和层次感。
03
图形变换与裁剪
二维图形变换
平移变换
将图形在二维平面内沿某个方向移动一定的距离，不改变图形的形状和大小。
旋转变换
以二维平面内某一点为旋转中心，将图形旋转一定的角度，改变图形的方向。
缩放变换
将图形在二维平面内按一定比例进行放大或缩小，改变图形的大小。
反射变换
以二维平面内某一条直线为对称轴，将图形进行对称变换。
3
三维打印技术的发展趋势随着材料科学的不断发展和打印技术的持续创新，三维打印技术将实现更加高精度、高效率的制造。
计算机视觉与图形学结合
计算机视觉与图形学的结合
计算机视觉是研究如何让计算机从图像或视频中获取信息、理解内容并作出决策的科学；而计算机图形学则是研究计算机生成和操作图形的科学。将两者结合可以实现更加智能化、自然化的图形处理和交互方式。
GUI提供了直观、易用的操作界面，使用户能够更轻松地与计算机进行交互，提高了用户的使用体验。
窗口系统与事件驱动机制
窗口系统的概念
窗口系统是GUI的核心组成部分，它负责管理屏幕上的多个窗口以及窗口之间的交互。
事件驱动机制
在窗口系统中，用户的操作被抽象为一系列事件，如鼠标点击、键盘输入等。事件驱动机制允许程序根据用户的事件进行相应的处理。