计算机图形学真实感图形生成
计算机图形学智慧树知到答案章节测试2023年中国地质大学(武汉)
第一章测试1.计算机图形学产生图形，计算机图像学产生图像。
（）A:对B:错答案:B2.下列哪项不属于计算机图形学的应用领域？（）A:虚拟现实B:游戏实时显示C:科学计算可视化D:计算机辅助设计E:数字电影制作F:识别图片中的动物答案:F3.本课程将讲不讲解以下哪个内容？（）A:动画生成B:真实感图像生成C:曲线生成D:游戏制作答案:D4.使用OPENGL画带颜色的直线，需要调用不同的函数，分别指定颜色和起始点坐标。
（）A:错B:对答案:B5.在OPENGL中定义的结点仅包含位置信息。
（）A:对B:错答案:B第二章测试1.四面体的表面建模中，可用四个三角形来描述四面体的表面，每个三角形包含三个点，因此，四面体中点的总个数为（）。
A:12B:6C:4D:9答案:C2.三次BEZIER曲线有几个控制点？（）A:3B:5C:4D:6答案:C3.三次BEZIER曲线经过几个控制点？（）A:3B:4C:2D:1答案:C4.不经过Y轴的斜线绕Y轴旋转得到的曲面是（）A:半球面B:球面C:柱面D:圆台面答案:B5.BEZIER曲线上的所有点都是由控制点经过插值得到的。
（）A:错B:对答案:A第三章测试1.通过变换可以将单位圆变成长半轴2短轴0.5的椭圆，具体实施步骤是（）。
A:水平方向做平移变换，竖值方向做平移变换B:水平方向做拉伸变换，竖值方向做平移变换C:水平方向做收缩变换，竖值方向做拉伸变换D:水平方向做拉伸变换，竖值方向做收缩变换答案:B2.变换前后二线夹角保持不变的保角变换有（）A:镜像B:旋转C:平移D:缩放答案:D3.水平方向的剪切变换，如果表达为x’=ax+by y’=c x+dy,则有（）。
A:b=1,c=1,d=0B:a=0,b=1,c=1C:a=1,b=0,d=1D:a=1,c=0,d=1答案:D4.正交变换不包括（）。
A:剪切B:镜像C:旋转D:平移答案:A5.变换的复合运算不满足交换律。
计算机图形学实验——真实感图形场景的生成
实验四真实感图形的生成一、实验内容⏹创建一个简单场景⏹场景中有一个复杂的三维几何体⏹通过一系列处理使得场景和几何体具有真实感⏹可以通过变换视点观察场景二、程序结构创建Win32 Console Application，使用OpenGL的控制台应用程序框架。
其中:•init()函数进行场景初始化工作；•reshape(GLsizei width, GLsizei height)函数设置窗口的视口大小，同时设置透视深度和透视角度等参数；•display()函数构建坐标系并通过调用具体的绘制图形函数来绘制具体场景和几何图形；•LoadBMP()函数导入纹理位图文件；•LoadTexture()函数加载纹理到内存空间中；•generateShadow(GLfloat shadow[4][4], const GLfloat ground[4], const GLfloat light[4])函数来计算空间中物体上任意一点的平面阴影投射矩阵•keyboard(unsigned char key, int x, int y)函数处理键盘按键消息；•mouseButton(int button, int state, int x, int y)函数处理鼠标按键消息；最后由主函数main(int argc, char** argv)中调用OpenGL函数来显示窗口，并进行绘图和处理事件消息函数。
三、代码说明1.加载位图纹理首先，编写LoadBMP()函数导入位图文件，代码截图如下：然后，编写LoadEarthTexture()函数加载导入的位图并设置相关参数，代码截图如下：2.绘制房间场景在drawScene()函数中调用OpenGL基本几何元素绘制过程glBegin(GL_QUADS)绘制4个平面，并为每个平面绑定相应的纹理图片，主要代码截图如下：3.绘制地球仪模型编写drawEarth()函数绘制地球仪模型，并为地球仪模型绑定对应的纹理贴图，同时增加光照和材质的处理，代码截图如下：4.绘制模拟点光源编写drawBulb()函数绘制模拟点光源及灯罩，首先调用glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP)绘制4个三角形面构成棱锥形灯罩的4个侧面，然后调用gluSphere()函数绘制球形灯泡并增加光照和材质处理效果，代码截图如下：5.生成阴影根据点光源、物体上的任意一点、物体在平面上的投影点“三点共线”的几何原理，以及投影点在平面上的位置关系，通过平面方程求得其法向量，然后利用点光源和物体上一点的坐标进行计算，得出物体上该点的平面阴影投射矩阵。
计算机形学中的渲染算法
计算机形学中的渲染算法在计算机图形学领域中，渲染算法是一种用于生成逼真图像的关键技术。
通过模拟光线传播、表面材质以及光影效果等，渲染算法可以呈现出具有细节和真实感的图像。
本文将介绍计算机形学中常用的渲染算法，并分析它们的原理和应用。
一、光线追踪算法光线追踪算法是一种基于物理光线传播模型的渲染方法。
其核心思想是通过跟踪光线在场景中的传播路径，计算光线与物体的交点，并考虑光线在交点处的反射、折射等光线行为，从而生成图像。
光线追踪算法具有较高的真实感和逼真程度，在电影、游戏等领域有广泛应用。
光线追踪算法的基本流程如下：1. 发射光线：从相机位置发射光线。
2. 检测交点：判断光线与场景中的物体是否相交，若相交则计算交点位置。
3. 计算光照：根据交点处物体的材质属性，计算光照强度和颜色。
4. 反射和折射：根据交点处的表面属性，计算反射光线和折射光线。
5. 递归追踪：依次对反射光线和折射光线进行光线追踪。
6. 合成颜色：将得到的各个光线的贡献累加起来，得到最终的像素颜色。
光线追踪算法能够模拟光线的真实传播，因此能够产生较为逼真的阴影效果和光影效果。
然而，由于计算量较大，其渲染速度较慢，对硬件要求较高。
二、光栅化算法光栅化算法是一种将连续的几何形状转化为离散像素的渲染方法。
其主要思想是将场景中的几何形状划分为多个像素，然后根据像素的属性进行颜色填充，最终生成图像。
光栅化算法是当前大多数实时渲染技术的基础。
光栅化算法的基本流程如下：1. 几何形状定义：通过数学方程或三角网格等方式将几何形状表达出来。
2. 光栅化：将几何形状划分为像素，并确定每个像素对应的屏幕位置。
3. 顶点属性插值：对于每个像素，根据顶点的属性值进行插值，得到该像素的属性值。
4. 片元处理：对于每个像素，根据其属性值计算颜色值。
5. 像素输出：将计算得到的颜色值输出到图像缓存中。
光栅化算法具有高效的渲染速度和较低的硬件需求，适用于实时图形渲染，如电子游戏、虚拟现实等。
计算机图形学第五次实验报告
《计算机图形学》实验报告实验十一真实感图形一、实验教学目标与基本要求初步实现真实感图形, 并实践图形的造型与变换等。
二、理论基础运用几何造型, 几何、投影及透视变换、真实感图形效果（消隐、纹理、光照等）有关知识实现。
1.用给定地形高程数据绘制出地形图；2.绘制一(套)房间，参数自定。
三. 算法设计与分析真实感图形绘制过程中, 由于投影变换失去了深度信息, 往往导致图形的二义性。
要消除这类二义性, 就必须在绘制时消除被遮挡的不可见的线或面, 习惯上称之为消除隐藏线和隐藏面, 或简称为消隐, 经过消隐得到的投影图称为物体的真实图形。
消隐处理是计算机绘图中一个引人注目的问题, 目前已提出多种算法, 基本上可以分为两大类：即物体空间方法和图象空间方法。
物体空间方法是通过比较物体和物体的相对关系来决定可见与不可见的；而图象空间方法则是根据在图象象素点上各投影点之间的关系来确定可见与否的。
用这两类方法就可以消除凸型模型、凹形模型和多个模型同时存在时的隐藏面。
1).消隐算法的实现1.物体空间的消隐算法物体空间法是在三维坐标系中, 通过分析物体模型间的几何关系, 如物体的几何位置、与观察点的相对位置等, 来进行隐藏面判断的消隐算法。
世界坐标系是描述物体的原始坐标系, 物体的世界坐标描述了物体的基本形状。
为了更好地观察和描述物体, 经常需要对其世界坐标进行平移和旋转, 而得到物体的观察坐标。
物体的观察坐标能得到描述物体的更好视角, 所以物体空间法通常都是在观察坐标系中进行的。
观察坐标系的原点一般即是观察点。
物体空间法消隐包括两个基本步骤, 即三维坐标变换和选取适当的隐藏面判断算法。
选择合适的观察坐标系不但可以更好地描述物体, 而且可以大大简化和降低消隐算法的运算。
因此, 利用物体空间法进行消隐的第一步往往是将物体所处的坐标系转换为适当的观察坐标系。
这需要对物体进行三维旋转和平移变换。
常用的物体空间消隐算法包括平面公式法、径向预排序法、径向排序法、隔离平面法、深度排序法、光线投射法和区域子分法。
计算机图形学真实感图形绘制
41
光线跟踪算法步骤
从视点出发，确定穿过每个像素中心的光线路径， 然后，沿这束光线累计光强，并将最终值赋给相应 像素。
对于每一像素光线，对场景中的所有物体表面进行 测试以确定其是否与该光线相交，并计算出交点的 深度，深度最大（z值）的交点即为该像素对应的可见
点。然后，继续考察通过该可见点的从属光线（
pname取值 GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT
默认值 (0.2, 0.2, 0.2, 1.0)
GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWE GL_FALSE
R
GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE
GL_FALSE
GL_LIGHT_MODEL_COLOR_CONTR GL_SINGLE_COLOR OL
P点对环境光的反射强度为
图1 环境光的反射
8
漫反射光（Diffuse Reflection）
一个粗糙的、无光泽的表面呈现为漫反射。
特点：光源来自一个方向，反射光均匀地射向各个方向 。
由Lambert余弦定理可 得点P处漫反射光的强度为：
图2 漫反射
9
漫反射光（Diffuse Reflection）
含义 整个场景的环境光成分 如何计算镜面反射角
单面光照还是双面光照 镜面反射颜色是否独立于环境颜 色、散射颜色
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OpenGL材质属性
在OpenGL中，下面的函数用于指定材质属性
void glMaterial{if} (GLenum face, GLenum pname, TYPE param);
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光线跟踪算法步骤
图13 光线跟踪及光线跟踪树
44
光线跟踪算法步骤
真实感图形显示(1)
变换方程的系数，使(ai, bi, ci)指向物体外部的。那么：
假设式(8.1)所定义的凸多面体在以视点为顶点的视图四棱
锥内，视点与第i个面上一点连线的方向为(li, mi, ni)。那么
自隐藏面的判断方法是：
(ai, bi, ci)(li, mi, ni)>0
任意两个自隐藏面的交线，为自隐藏线。（自隐藏线应该用 虚线输出）。
⑸ 选择下一个深度最小的多边形作为裁剪多边形，从步骤⑶ 开始做，直到所有多边形都处理过为止。在得到的多边形中， 所有内部多边形是不可见的，其余多边形均为可见多边形。
8.2.2 深度缓存(Z-buffer)算法
•由来：
帧缓冲器 – 保存各像素颜色值(CB)
z缓冲器 --保存各像素处物体深度值(ZB)
光照模型中各参数的图示
• WP(i)是P点的镜面反射系数(入射角i的函数)。由于W(i)的计算比
较复杂，实际中常用一个常数W代替。
W(i)与i的关系
•
n控制高光的聚散，它
和P点的材料有关。对于光滑发
亮的金属表面，n值取得大，从
而产生会聚的高光点
n与高光区域大小的关系
⒊ 透射光线的情况
• 透射模型如下：
（下面详细介绍每步）
Step1: 计算多面体顶点的法线方 向• 设与多面体顶点V相邻的多边形为P1，
P2，…，Pn，它们的法线分别为N1(a1, b1, c1)，N2(a2, b2, c2)，…，Nn(an, bn, cn)。则V的法线nV取做：
nV = (a1+a2+…+an)i+(b1+b2+…+bn)j+(c1+c2+…+cn)k
《计算机图形学》题集
《计算机图形学》题集一、选择题（每题2分，共20分）1.计算机图形学主要研究的是：A. 计算机硬件的设计B. 计算机软件的开发C. 图像的生成、处理与显示D. 计算机网络技术2.下列哪个不是计算机图形学的应用领域？A. 游戏开发B. 医学影像处理C. 文字编辑D. 三维动画制作3.在计算机图形学中，像素（Pixel）是：A. 图像的最小单位B. 显示器的大小C. 图像的分辨率D. 图像的颜色深度4.下列哪个是光栅图形显示器的特点？A. 直接使用矢量数据表示图像B. 图像由像素阵列组成C. 分辨率固定不变D. 不适用于动态图像显示5.在三维图形变换中，平移变换不会改变物体的：A. 形状B. 大小C. 方向D. 位置6.下列哪个算法常用于三维图形的消隐处理？A. 光线追踪算法B. Z-Buffer算法C. 纹理映射算法D. 反走样算法7.在计算机图形学中，下列哪个术语用于描述物体表面的明暗程度？A. 色彩B. 光照模型C. 纹理D. 透明度8.下列哪个不是计算机图形学中的基本图形生成算法？A. 中点画线算法B. Bresenham画圆算法C. 扫描线填充算法D. Cohen-Sutherland线段裁剪算法9.在计算机图形学中，下列哪个概念用于描述物体的三维形状？A. 像素B. 几何模型C. 色彩模型D. 光照模型10.下列哪个不是真实感图形生成的基本步骤？A. 几何建模B. 光照模型计算C. 纹理映射D. 数据压缩二、填空题（每题2分，共14分）1.计算机图形学中的“图形”主要分为两大类：和。
2.在三维图形变换中，旋转变换可以使用______矩阵来实现。
3.在计算机图形学中，______是指使用数学方法来模拟真实世界中光线与物体表面的相互作用。
4.在进行三维图形的消隐处理时，______算法是一种常用的方法，它通过维护一个深度缓冲区来实现。
5.在计算机图形学中，______是一种常用的图像滤波技术，可以用于图像的平滑处理。
计算机图形学课程教学大纲
计算机图形学课程教学大纲Final approval draft on November 22, 2020《计算机图形学》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：110053课程名称：计算机图形学英文名称：Computer Graphics课程类别：专业课学时：72学分：3.5适用对象：信息与计算科学专业本科生考核方式：考试（平时成绩占总成绩的30%）先修课程：高级语言程序设计、数据结构、高等代数二、课程简介中文简介：计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的学科。
它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境：图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分，以图形的方式来表示抽象的概念或数据已经成为信息领域的一个重要发展趋势。
通过本课程的学习，使学生掌握计算机图形学的基本原理和基本方法，理解图形绘制的基本算法，学会初步图形程序设计。
英文简介：Computer Graphics is the subject which concerned with how computer builds， processes and shows graphics. Its importance has been shown in people’s more and more intensively need for harmony human-machine interface. Graphics user interface has become an important part of software. It is a significant trend to show abstract conception or data in graphics way. Through the learning of this course, students could master Computer Graphics’basic theories and methods，understand graphics basic algorithms and learn how to design basic graphics program.三、课程性质与教学目的《计算机图形学》是信息与计算科学专业的一门主要专业课。
计算机图形学实验及课程设计
实验12 颜色渐变立方体
12.1 实验目的
掌握凸多面体消隐算法。 掌握双线性颜色插值算法。 建立基本三维场景。
实验12 颜色渐变立方体
12.2 实验要求
建立三维坐标系Oxyz，原点位于屏幕客户区中 心，x轴水平向右为正，y轴铅直向上为正，z轴 垂直于屏幕指向观察者。 以原点为体心绘制透视投影立方体，立方体8 个顶点的颜色分别为黑色、白色、红色、绿色、 蓝色、黄色、品红色和青色。背景色为黑色， 如图12-1所示。
实验4 二维几何变换
4.2 实验要求
使用静态切分视图，将窗口分为左右窗格。左窗格为继承于
CFormView类的表单视图类CLeftPortion，右窗格为一般视图
类CTestView。 左窗格提供代表“图形顶点数”（4、8、16和32）、“平移变 换”（x方向和y方向）、“旋转变换”（逆时针和顺时针）和 “比例变换”（放大和缩小）的滑动条，用于控制右窗格内的 图形变化。 右窗格内以屏幕客户区中心为图形的几何中心，绘制图形顶点 数从4变化为8、16和32的正多边形。为了表达图形的旋转，多
实验8 动态三视图
8.3 效果图
多面体动态三视图的效果如图8-1所示。
图8-1 多面体动态三视图的效果图
实验9 动态绘制Bezier曲线
9.1实验目的
掌握直线的参数表示法。 掌握德卡斯特里奥算法的几何意义。 掌握绘制二维Bezier曲线的方法。
实验9 动态绘制Bezier曲线
9.2 实验要求
实验8 动态三视图
8.1实验目的
掌握主视图变换矩阵。 掌握俯视图变换矩阵。 掌握侧视图变换矩阵。 掌握斜等测图绘制方法。
实验8 动态三视图
计算机图形学课程设计-三维真实感图形设计与绘制
计算机图形学课程设计报告一、实验题目三维真实感图形设计与绘制（1）题目容说明：本题目要求应用OpenGL的光照技术和纹理技术实现一个简单的三维真实感图形的程序设计。
具体要现功能：1）通过对话方式实现交互式设计光照模型功能。
2）实现三维模型纹理映射功能3）用鼠标跟踪球方法实现三维模型的空间旋转2）实现鼠标跟踪球方法程序二、需求分析真实感图形的设计与绘制，是计算机图形学中的一个重要研究领域，也是三维实体造型系统和特征造型系统的重要组成部分。
一般地，三维实体在计算机显示屏上有三种表现形式:简单线框图、线框消隐图和真实感图形。
其中，简单线框图能够粗略表达实体的形状，但由于简单线框图的二义性，从而导致表达其的实体形状具有不确定性。
而线框消隐图虽然能反映实体各表面间的相互遮挡关系，从而达到消除简单线框图产生的二义性的目的，但是这两者一样地只能反映实体的几何形状和实体间的相互关系，而不能反映实体表面的特征，如表面的颜色、材质、纹理等。
所以，只有真实感图形才能表现实体的这些特征，因此，在三维实体造型中，生成三维实体的光照模型，进行实体的真实感绘制与显示占有重要的地位，是很有必要的，也是我做此设计的初衷。
在设计中，我主要使用Opengl绘制真实感图形，它作为一种强大的三维图形开发工具，通过便捷的编程接口提供了处理光照和物体材质、颜色属性等通用功能。
真实感图形学是计算机图形的核心容之一，是最能直接反映图形学魅力的分支。
寻求能准确地描述客观世界中各种现象与景观的数学模型，并逼真地再现这些现象与景观，是图形学的一个重要研究课题。
很多自然景物难以用几何模型描述，如烟雾、植物、水波、火焰等。
本文所讨论的几种建模及绘制技术都超越了几何模型的限制，能够用简单的模型描述复杂的自然景物。
在计算机的图形设备上实现真实感图形必须完成的四个基本任务。
1. 三维场景的描述。
三维造型。
2. 将三维几何描述转换成为二维透视图。
透视变换。
3. 确定场景中的所有可见面。
计算机图形学_第十四章_真实感图形绘制
点表示黑色，其对角线点表示白色，对角线上各点含有等量的各种原色 ，表示辉度等级。坐标轴上的立方体顶点表示原色，而其余相对的顶点 为补色。在立方体范围内的每个彩色点，都可以用三个参数(R，G，B)表 示，值在0~1的范围内。
常见颜色模型
•CMY颜色模型
用青（Cyan）、品红（Magenta）和黄（Yellow）3种原色所定义 的一种彩色模型称为CMY模型。除了是白色而不是黑色位于坐标原点以 外，CMY的坐标空间与RGB的完全相同。 CMY颜色模型适合于硬拷贝设 备的彩色输出 。
简单光照模型
当光照射在一个物体表面上时，会出现3种情形。首先，光 可以通过物体表面向空间反射，产生反射光。其次，对于透明 体，光可以穿透该物体并从另一端射出，产生透射光。最后， 部分光将被物体表面吸收而转化为热。 不包括透射光的简单光照模型。 假设物体不透明，则物体表面呈现的颜色及其光强仅由表 面的反射光决定。通常，反射光被看成是三个分量的组合。这 三个分量分别为：
来定义。
•主波长是所见彩色光中占支配地位的光波长度。
•纯度是光谱纯度的量度，即彩色光中混有白色光的多少
•明度反映了光的明亮程度，即光的强度。
三色学说
1807年，杨(T.Young)和赫姆霍尔兹(H.L.F.von Helmholtz)根据红、绿、蓝三原色可以产生各种色调及灰 度的颜色混合规律，假设在人眼内有3种基本的颜色视觉
漫反射和Lambert模型
在实际使用时，对入射光强按距离平方衰减往往不能 很好地区分点光源在相距较近的景物表面上所产生的光 照效果。 为此，图形学中常采用经验模型来模拟点光源的距离 衰减效果。常用的模型有线性衰减模型，这时， Lambert漫反射模型可改写为：
Kd I I a K a +I p (L N ) d +k
计算机图形学孙家广第三版-第4章
• 三色学说是真实感图形学中RGB颜色模 型提出的理论基础
CIE色度图
• 三色学说原理说明任何一种颜色可以用红、 绿、蓝三原色按照不同比例混合来得到。 还有如何使三原色按某唯一比例混合复现 给定颜色的问题。
• 颜色匹配－混合光与给定光的颜色相同 • CIE－国际照明委员会
– 选取的标准红、绿、蓝三种光 (700, 546, 435.8)
Phong光照明模型的不足
• Phong光照明模型是真实感图形学中提出 的第一个有影响的光照明模型
• 经验模型，Phong模型存在不足：
–显示出的物体象塑料，无质感变化 –没有考虑物体间相互反射光 –镜面反射颜色与材质无关 –镜面反射大入射角失真现象
Phong模型示例_1
+
+
理想漫反射
环境光
境面反射
4．1 颜色视觉
分析以下的基本现象： 为什么计算R、G、B三个分量就可
以使人有颜色的视觉感觉？
基本概念
• 颜色是外来的光刺激作用于人的视觉器 官而产生的主观感觉，影响的因素有：
– 物体本身 – 光源 – 周围环境 – 观察者的视觉系统
颜色的特性
• 颜色的三个视觉特性(心理学度量）
– 色调(Hue) 一种颜色区别于其他颜色的 因素，如：红、绿、蓝
复现其他任何波长的光
– 三原色等量混合产生白光 Maxwell用旋转圆盘证实了Yaung 假设。
• 1862年，Helmhotz在上面的基础上提出 颜色视觉机制学说，即三色学说，也称 为三刺激理论
• 用三种原色能够产生各种颜色的三色原 理是当今颜色科学中最重要的原理和学 说
• 近代三色学说
– 视网膜中存在着三种椎体细胞，对光刺激的 兴奋程度不同，分别感受红、绿、蓝光。作 用与颜色混合相同
第九章 使用MFC实现真实感图形绘制
第九章使用MFC实现真实感图形绘制真实感图形绘制是计算机图形学的一个重要组成部分。
它综合利用数学、物理学、计算机科学和其他学科知识在计算机图形设备上生成象彩色照片那样的真实感图形。
要用计算机图形设备绘制场景的真实感图形，就必须首先在计算机中建立该场景的模型，用这个模型来反映场景的特点和属性。
这一模型通常是由一批几何数据及数据之间的拓扑关系来表示的，这就是造型技术，它是真实感图形绘制技术的重要组成部分。
有了三维场景的模型，并给定了观察点和观察方向以后，就可以通过几何变换和投影变换在屏幕上显示该三维场景的二维图像。
为了使二维图像具有立体感，并尽可能逼真地显示出该物体在现实世界中被观察到的形象，就需要运用适当的光照模型，来模拟场景在现实世界中受到各种光源照射时的效果，这就是真实感图形的画面绘制技术，也就是真实感图形的生成技术。
用计算机在图形设备上生成连续色调的真实感图形大致可以分为以下四步：第一步，用数学方法建立所需三维场景的几何描述，并将它们输入至计算机。
这部分工作可由三维立体造型或曲面造型系统来完成。
场景的几何描述直接影响了图形的复杂性和图形绘制的计算耗费，因此选择合理的、有效的数据表示和输入手段是非常重要的。
第二步，将三维几何描述转换为二维投影图。
这可以通过对场景的投影变换来完成。
第三步，确定场景中的所有可见面，这需要使用隐藏面消除算法将被其他物体遮挡的不可见面消去。
第四步，计算场景中可见面的颜色，严格地说，就是根据基于光学物理的光照明模型计算可见面投射到观察者眼中的光亮度大小和色彩分量，并将它转换成适合图形设备的颜色值，从而确定投影画面上每一象素的颜色，最终生成图形。
前三步的相关知识在前面已经进行了介绍，本章将重点介绍如何通过MFC 编程的方式，利用光照模型计算场景中可见面的光亮度和颜色，并绘制最终的真实感图形。
实际上，现在OpenGL和DirectX等图形函数库提供了很多支持真实感图形绘制的函数，使用它们可以更轻松的完成真实感图形绘制。
真实感图形显示的基本流程和坐标系
真实感图形显示的基本流程和坐标系下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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计算机图形学报告
. . . . .. . 优质资料 .. 计算机图形学 (2017年秋季学期)实验 报 告系别：计算机科学与技术 班级： ： 学号：实验名称：2-真实感图形绘制2020-11-132/3《计算机图形学》实验报告实验名称真实感图形绘制 实验序号 2实验日期 2017.12.13 实验人 一、实验目的、要求与环境1．目的：通过实验，学生应掌握通过计算机程序进行真实感图形绘制的基本原理，特别是对三维显示对象进行纹理映射的基本方法，将理论和实际应用切实结合起来。
2.要求：对一个三维立方体进行旋转，对其6个不同的面进行6个不同图像的纹理映射，并进行投影变换与显示，分析增强后的视觉效果，提交实验报告。
3.环境：Windows 7操作系统Microsoft Visual Studio 2005OpenGL 函数库4. 自带位图文件(换成你自己的图像文件)：总成绩：评语：日期：2020-11-1311/12二、实验容与步骤1. 准备相关图像文件。
2. 进行立方体各面图像与旋转速度的大体设计。
3．在Windows 7 操作系统上，打开Microsoft Visual Studio 2005，编写相关程序，完成程序主体框架结构。
4．编写六面体显示相关的程序代码。
5．编写六面体旋转相关的程序代码。
6．编写深度检测相关的程序代码。
7. 编写纹理载入功能的相关程序代码。
8. 编写纹理参数定义功能的相关程序代码。
9. 编写纹理映射功能的相关程序代码。
10．对程序进行相关调试，修改程序，去除其中的BUG 。
11. 观察纹理映射后的六面体的旋转显示，与预想的结果进行对比，修改相关程序参数。
12．截屏，保留实验结果，进行实验结果分析，并撰写实验报告。
2020-11-13 2/32020-11-13 11/12四、编译过程截图五、实验结果与分析（下面是一个例子，换上你自己的图）实验结果：实验分析程序通过glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, lastTextureID);语句，完成了恢复之2020-11-13 2/32020-11-13 11/122020-11-13 2/32020-11-13 11/122020-11-13 2/3。
真实感显示与非真实感显示算法的研究
真实感显示与非真实感显示算法的研究摘要真实感图形显示和非真实感图形显示是计算机图形学的一个重要组成部分。
在计算机图形学３０余年的发展历史中，真实感绘制一直是贯穿其中的主旋律。
随着真实感图形趋向于具有更强的真实感并提供更贴近现实世界的场景。
同时在有些时候人们也需要由计算机来生成一些不同于真实感的图形，非真实感绘制技术就由此产生了。
而本文主要是来研究有关非真实感图形图像技术。
首先介绍一种常用的真实感图形显示算法扫描线算法，同时对非真实感绘制的发展过程，然后对非真实感绘制技术进行了分类，并对各类技术的特点进行分析。
关键词：真实感图形；非真实感图形：扫描线算法：纹理1 引言真实感显示不仅使我们能够比较直观、真实地观察实体的外形，而且能够检查实体造型是否正确，造型结果是否与期望的结果相符。
真实感显示也是工业设计的重要组成部分，在还没有制造出实物产品之前的设计阶段，即可通过真实感产品图形的观察和分析，对产品外形工业设计进行检验和优化。
非真实感绘制 ( nonphoto realistic rendering ，简称 NPR )的目标是能在形式上指定一种可展现绘画作品的方式，并随之编写生成非真实感绘画作品的计算机程序并成为计算机图形学的一个研究热点。
2 本论2.1 真实感图形显示研究真实感图形绘制技术一直是计算机图形学的研究热点之一，如何能以更快的速度绘制出更加逼真的场景图形是研究的目标。
目前，用软件在微机上生成真实感图形致命的缺点是速度慢。
据统计表明，大约 70% ～90% 的绘制时间耗费在光线与物体的求交计算上，所以说求交是影响真实感图形生成速度的关键。
减少求交时间包括两个途径: 加速求交算法和减少求交次数。
基于这两种考虑，本文引入了一种直线与三角形求交的简洁算法和区域块投影算法，并且给出了新方法与表优先级法和扫描线算法的比较。
另外，采用区别对待高光区域和非高光区域等方法，有效地解决Gouraud 浓淡算法不能生成高光效果的问题，改善了图形质量。
计算机图形学中的光照模型与材质渲染算法实现
计算机图形学中的光照模型与材质渲染算法实现导言：计算机图形学是研究如何使用计算机生成、处理和呈现图像的学科。
在计算机图形学中，一个重要的问题是如何实现真实感的图像渲染。
光照模型和材质渲染算法是实现真实感图像的关键。
本文将介绍光照模型和材质渲染算法的基本概念和实现方法。
一、光照模型光照模型用于模拟光照在物体表面的影响，通过模拟光照效果，使渲染出的图像更加逼真。
常用的光照模型有冯氏光照模型、Lambertian光照模型和Blinn-Phong光照模型等。
1.冯氏光照模型冯氏光照模型是最早提出的光照模型之一，它将光照效果分为三个部分：环境光、漫反射光和镜面光。
环境光是由周围环境中的间接光照射到物体表面而产生的，它对物体的光照效果起到整体性的作用。
漫反射光是指物体表面吸收了光能量后，在不同方向上均匀地散射出去的光能，它决定了物体表面的亮度。
镜面光是指物体表面光能量经过反射后聚焦到一定方向上的光能，它决定了物体表面的高光效果。
2. Lambertian光照模型Lambertian光照模型是一种简化的光照模型，它只考虑物体的漫反射光。
根据兰伯特定律，漫反射光的亮度与光源和物体表面法线的夹角成正比。
3. Blinn-Phong光照模型Blinn-Phong光照模型是一种介于冯氏光照模型和Lambertian光照模型之间的模型。
它在计算镜面光时使用了一种近似的方法，使计算更加高效。
二、材质渲染算法材质渲染算法用于将光照模型应用到物体表面的材质上，从而实现真实感的渲染效果。
常用的材质渲染算法有平均法向量法、纹理映射法和高光纹理法等。
1.平均法向量法平均法向量法是一种常用的材质渲染算法。
它通过对网格模型上的顶点法向量进行插值计算，获得表面上每个点的法向量。
然后再使用光照模型计算光照效果。
2.纹理映射法纹理映射法是一种常用的材质渲染算法。
它将一个二维图像（纹理）映射到物体表面上，在渲染过程中，根据纹理映射的坐标值，获取纹理上对应点的颜色值，再结合光照模型计算光照效果。
计算机图形学学习的心得体会
计算机图形学学习的心得体会计算机图形学学习的心得体会对计算机图形学课程学习的心得体会通过一个学期的学习，了解了什么是计算机图形学、什么是图形API、为什么需要计算机图形学以及计算机图形学在各个领域的应用。
计算机图形学是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学，研究的是应用计算机产生图像的所有工作，不管图像是静态的还是动态的，可交互的还是固定的，等等。
图形API是允许程序员开发包含交互式计算机图形操作的应用而不需要关注图形操作细节或任务系统细节的工具集。
计算机图形学有着广泛的应用领域，包括物理、航天、电影、电视、游戏、艺术、广告、通信、天气预报等几乎所有领域都用到了计算机图形学的知识，这些领域通过计算机图形学将几何模型生成图像，将问题可视化从而为各领域更好的服务。
计算机图形学利用计算机产生让人赏心悦目的视觉效果，必须建立描述图形的几何模型还有光照模型，再加上视角、颜色、纹理等属性，再经过模型变换、视图变换、投影操作等，通过这些步骤从而实现一个完整的OpenGL程序效果。
OpenGL是一个开放的三维图形软件包，它独立于窗口系统和操作系统，以它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。
计算机图形学通过应用OpenGL的功能，使得生成的图形效果具有高度真实感。
学习计算机图形学的重点是掌握OpenGL在图形学程序中的使用方法。
21世纪是信息的时代，在日新月异的科技更新中相信计算机会发挥越来越重要的作用，计算机图形学也会在更多的领域所应用，虽然我国在这方面还比较薄弱，但相信会有越来越好的时候的。
扩展阅读：计算机图形学学习心得体会计算机图形学学习心得体会计算机科学与技术与技术班学号：1.计算机图形学计算机图形学（ComputerGraphics，简称CG），狭义上是一种研究基于物理定律、经验方法以及认知原理，使用各种数学算法处理二维或三维图形数据，生成可在计算机等显示设备上显示的可视化数据的科学。
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消隐实例
物体的线框图
经消隐处理后的图形
消隐算法分类
按其实现方式分为:
图象空间消隐算法 图象空间(屏幕坐标系)消隐算法以屏幕像素为 采样单位,确定投影于每一个像素的可见景物 表面区域,并将其颜色作为该像素的显示颜色 景物空间消隐算法 直接在景物(观察坐标系)中确定视点不可见的 表面区域,并将它们表达成同原表面一致的数 据结构
通常认为具体光源对可见表面产 生的照明作用，是随着光源与表面之 间距离的增加而下降的。设R是光线从 光源发出到达表面再返回的距离，则
I=Ia· κa + Ip · Id · ( L N ) /R2
表面
对于平行投影，光源在无穷远处， 故距离R成为无穷大。对于透视投影， 1/R2也常常有很大的数值范围而使效 果不好。一种比较逼真的效果，可通 过用r+k代替R2来获得：
确定景物中的所以可见面 , 将视域之外或其它景物遮挡 的不可见面消除
4.
绘制真实感图形
根据一定的光照模型和光强度计算,将其转换为适合图 形设备的颜色值,生成投影画面上每个像素的光强度,让 观察者产生身临其境的感觉
基本概念—颜色
颜色
要产生具有高度真实感的图形，颜色是最重要 的部分。在我们的光照明模型中，通常只要分别 计算R、G、B 三个分量的光强值，就可以得到某 个象素点上的颜色值，给人以某种颜色的感觉。 我们从人体视觉的角度出发，介绍计算机图 形学中颜色和视觉的一些相关知识。
深度缓存器算法
深度缓存器算法最早由Catmull提出的,是 一种典型的,最简单的图象空间面消隐算法.
该算法也称为Z-buffer算法 算法的原理
算法的实现步骤
算法的特点
深度缓存器算法原理
先将待处理的景物表面上的采样点变换到图象 空间(屏幕坐标系)，计算其深度值。 根据采样点在屏幕上的投影位置，将其深度与 已存储在Z缓存器中的相应像素处的原可见点 的深度值进行比较。
缺点:
占用空间大 不利于实现反走样、透明和半透明等处理
深度排序算法
深度排序算法的主要步骤：
1. 把所有的多边形按顶点最大z坐标值进行 排序。 2. 解决当多边形z范围发生交迭时出现的不 明确问题。 3. 按最大z坐标值逐渐减小的次序，对每个 多边形进行扫描转换。
算法的基本思想是按多边形离开观察位 置的距离进行排序，然后按照距离减少的 次序，把每个多边形内部点应有的象素值 送入帧缓存存贮器中。 算法考查多边形的深度次序是在客体 空间中进行，图形显示时覆盖步骤是在图 象空间中实现，所以可以说是一个客体空 间和图象空间的混合算法。
漫反射及具体光源的照明
1．环境光 在多数实际环境中，存在由于许 多物体表面多次反射而产生的均匀的 照明光线，这就是环境光线。环境光 线的存在使物体得到漫射照明. 亮度计算如下：
I=Ia· κa
其中I是可见表面的亮度，Ia是环 境光线的总亮度，κa是物体表面对环 境光线的反射系数，它在0到1之间. 2．漫反射 具体光源在物体表面可以引起漫反 射和镜面反射。漫反射是指来自具体光 源的能量到达表面上的某一点后，就均 匀地向各个方向散射出去，使得观察者 从不同角度观察时，这一点呈现的亮度 是相同的。 通常不光滑的粗糙表面总是呈现出 漫反射的效果
平面P1将空间分割为两部分，一组物体位于P1 的后面（相对于视点），而另一组则在P1之前，而 B和D在P1之后。平面P2对空间进行了二次分割，并 生成如图（b）所示的二叉树表示。在这棵树上， 物体用叶节点表示，分割平面前方的物体组作为左 分支，而后方的物体组为右分支。
对于由多边形面组成的物体，可以选择与 多边形面重合的分割平面，利用平面方程来区 分“内”、“外”多边形顶点。随着将每个多 边形面作为分割平面，可生成一棵树，与分割 平面相交的每个多边形将被分割为两部分。一 旦BSP树创建完毕，即可选择树上的面并由后往 前显示，即前面物体覆盖后面的物体。目前已 有许多系统借助硬件来完成BSP树创建和处理的 快速实现。
扫描线算法
扫描线算法是图象空间算法， 它建立图象是通过每次处理一条 扫描线来完成的。这个算法是第 四章讨论的多边形填充的扫描线 算法的推广。在多边形填充的扫 描线算法中，只是对一个多边形 做扫描转换，而这里是同时对多 个多边形做扫描转换。
P
Q
画家算法 画家算法又称深度优先级表法， 它是深度排序算法的一种具体实 现。 先画远景，再画中景，最后 画近景。
BSP树算法
BSP （ binary space-partitioning ）树算 法将表面由后往前地在屏幕上绘出，该算法特 别适用于场景中物体位置固定不变、仅视点移 动的情况。 利用BSP树来判别表面的可见性，其主要操 作是在每次分割空间时，判别该表面相对于视 点与分割平面的位置关系，即位于其内侧还是 外侧。
三色学说
三色学说:某一种波长的光可以通过三种不同 波长的光混合而复现出来，且红(R)、绿(G)、 蓝(B)三种单色光可以作为基本的颜色－原色， 把这三种光按照不同的比例混合就能准确的复 现其它任何波长的光，而它们等量混合就可以 产生白光。 三色学说是我们真实感图形学的生理视觉基础， 我们根据三色学说用RGB来定义我们的颜色，三 色学说是我们颜色视觉中最基础、最根本的理 论。
Lambert定律指出，漫反射的效果与 表面相对于光源的取向有关，即： Id=Ip · κd · COSθ 其中Id是漫反射引起的可见表面上 一点的亮度。Ip是点光源发出的入射光 线引起的亮度。κd是漫反射系数，它 的取值在0到1之间，随物体材料不同而 不同。 θ是可见表面法向N和点光源方 向L之间的夹角，即入射角，它应该在 0°到90°之间。
消隐
消隐的概念 消隐算法分类 消隐算法 深度缓存器算法 区间扫描线算法 深度排序算法 区域细分算法 光线投射算法 BSP树算法 多边形区域排序算法
消隐的概念
用计算机生成三维物体的真实图形, 在用显示 设备描述物体的图形时，必须把三维信息经过 某种投影变换，在二维的显示表面上绘制出来。 由于投影变换失去了深度信息，往往导致图形 的二义性。要消除二义性，就必须在绘制时消 除被遮挡的不可见的线或面，习惯上称作消除 隐藏线和隐藏面，或简称为消隐。 消隐实例
真实感图形的绘制
消隐能反映景物间的相互遮挡关系,能够增 强图形的深度感和层次感. 如何利用计算机进行真实感图形的绘制呢?
真实感图形的绘制步骤
1. 场景造型 采用数学方法建立三维场景的几何描述并输入到计算机
2. 3.
取景变换、透视投影
将三维几何描述转换为二维透视图的内容
视域裁剪、消除隐藏面
光线投射算法
考查由视点出发穿过观察平面上一像 素而射入场景的一条射线，则可以确定出 场景中与该射线相交的物体。在计算出光 线与物体表面的交点之后，离像素最近的 交点所在的表面即为可见面。这种可见性 判别模式应用了光线投射算法。
光线投射（ray casting）建立 于几何光学的基础之上，它沿光线的 路径追踪可见面，是一种有效的可见 性判别手段。由于场景中有无限多条 光线，而我们仅对穿过像素的光线感 兴趣，因此可考虑从像素出发，逆向 跟踪射入场景的光线路径。光线投射 算法对于包含曲面，特别是球面的场 景有很高的效率 。
如果新的采样点的深度值大于原可见点的深度， 表明新的采样点遮住了原可见点，则采用该采 样点处的颜色更新帧缓存器中相应像素的颜色， 同时用其深度值更新Z缓存器中的深度值。 否则，不作修改。
Z-Buffer算法的特点
优点:
形体在屏幕上的出现顺序是无关紧要的,算法简 单; 便于硬件实现。
为了简化公式中余弦值的实际计算， 可以假定向量N和L都已经正规化，即已 经是长度为 1 的单位向量，这样就可以 使用向量的数量积或内积。 L N，于是得： 因为这时 cosθ Id=Ip · Id · (L · N) 将环境光线和漫反射的效果结合起 来，计算亮度的公式应该写成：
I=Ia· κa + Ip · Id · (L N )
简单的光照模型与复杂光照模型的比较
计算机图形学高级话题--
真实感图形生成
讲授主要内容:
引言 消隐 真实感图形的绘制 实时真实感图形学技术 总结
引言
对于场景中的物体、要得到它的真实感图形， 就要对它进行透视投影，并消除隐藏面， 然后计算可见面的光照明暗效果，最后在 计算机中绘制出让观察者有身临其境感觉 的图形.
颜色的三特性
颜色有如下三个特性：色调(Hue)、饱和度 (Saturation)和亮度(Lightness)。色调，是一种颜色 区别于其它颜色的因素，也就是我们平常所说的红、 绿、蓝、紫等；饱和度是指颜色的纯度，鲜红色饱和 度高，而粉红色的饱和度低。 与之相对应，从光学物理学的角度出发，颜色的三个 特性分别为：主波长(Dominant Wavelength)、纯度 (Purity)和明度(Luminance)。主波长是产生颜色光的 波长，对应于视觉感知的色调；光的纯度对应于饱和 度，而明度就是光的亮度。
I=Ia· κa + Ip · Id · ( N ) /(r+k) L
其中r是光源到表面的距离，k是根 据经验选取的一个常数。
基本概念
光照模型(Illumination Model):
又称明暗模型,描述物体表面的色彩明暗与 光源特性和物体表面特性的关系。主要用于物 体表面某点处的光强度计算.
光照模型的分类
简单光照模型 复杂光照模型
光照模型的分类
简单的光照模型:仅考虑光源照射在物体表面产生的
反射光,并且常假设物体表面是光滑的,所以生成的 图形可以模拟出不透明物体表面的明暗过渡,具有一 定的真实感.
复杂的光照模型:除了考虑反射光外,还要考虑周围
环境的光对物体表面影响、透明度、光源的位置和 个数等,这种光照模型被称为整体光照模型,它能模 拟出镜面影像、透明等光照效果,可以绘制更接近自 然景物的图形.