三维观察(计算机图形学)
三维模型的概念
三维模型的概念三维模型是现代计算机图形学中的一个重要概念，是指由三维空间中的点、线、面所构成的逼真的虚拟物体。
三维模型因其类似于真实世界中的物体，能够在计算机中实现逼真的图像呈现和动画效果等，因此在计算机图形学、游戏开发、建筑、工业设计等领域都有广泛应用。
一、三维模型的种类在计算机图形学中，根据图形的建模方式和表示形式的不同，三维模型可以分为多种不同类型，主要包括以下几种：1. 曲面模型曲面模型是以曲线和曲面为基本元素的建模方法，通过曲线的组合和曲面的旋转、拉伸、扭曲等变换，可以构造出各种复杂的几何体。
曲面模型的特点是能够精细地表现物体的曲面形态，因此广泛应用于工业设计、汽车造型等领域。
2. 多边形模型多边形模型是以多边形为基本元素的建模方法，通过多边形的组合和变换，可以构造出各种形状的三维物体。
多边形模型的特点是易于构建和编辑，因此广泛应用于计算机游戏、动画制作、建筑设计等领域。
3. 点云模型点云模型是以点云为基本元素的建模方法，通过在空间中采样得到点云数据，并通过点云数据的处理和重建，构造出三维物体的表面。
点云模型的特点是能够处理非常复杂的几何形状，因此广泛应用于数字化重建、地形建模等领域。
二、三维模型的应用领域1. 游戏开发三维模型在游戏开发中有着广泛的应用，可以用于构建游戏场景、角色模型、道具等各种元素。
通过对三维模型的细节表现和贴图处理，可以使游戏画面更加逼真，增强游戏的沉浸感。
2. 建筑设计三维模型在建筑设计中也有着广泛的应用，可以用于建筑的外部和内部建模，帮助设计师更加直观地呈现设计方案。
通过对三维模型的建模和渲染处理，可以模拟建筑物在不同光照条件下的外观效果，帮助设计师优化设计方案。
3. 工业设计三维模型在工业设计中也有着广泛的应用，可以用于机械零件、产品外观、电子设备等各种元素的建模。
通过对三维模型的设计优化和模拟测试，可以帮助设计师优化设计方案，提高产品的质量和性能。
4. 医学仿真三维模型在医学仿真中也有着广泛的应用，可以用于模拟人体结构和器官的三维立体图像，帮助医学专家进行诊断和手术规划。
图形学复习提纲
图形学复习提纲图形学复习提纲2010.10.10第1章引言1.1 计算机图形学及其相关概念计算机图形学（Computer Graphics）计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。
IEEE定义：Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer.计算机图形学的研究对象——图形通常意义下的图形：能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都称为图形。
两类图形要素：1.几何要素：点，线，面，体等；2.非几何要素：明暗，灰度，色彩等计算机图形学中所研究的图形：从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。
图形的两种表示方法：点阵法是用具有颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩。
参数法是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。
通常把参数法描述的图形叫做图形（Graphics）把点阵法描述的图形叫做图象（Image）1.4 计算机图形系统1.4.2 计算机图形系统的结构课后作业：习题一（p19）1.1 名词解释：图形、图象、点阵法、参数法。
1.2 图形包括哪两方面的要素，在计算机中如何表示它们？1.3 什么叫计算机图形学？分析计算机图形学、数字图象处理和计算机视觉学科间的关系。
1.7 一个交互性计算机图形系统必须具有哪几种功能？其结构如何？第2章图形设备计算机图形系统包含哪些外部设备？图形输入设备：概念、特点图形显示设备：概念、结构原理、工作方式、特点图形绘制设备：概念、特点课后作业：习题二（p63）2.2. PC图形显示卡主要有哪几种？2.4. 试列举出你所知道的图形输入与输出设备。
2.5. 说明三维输入设备的种类以及应用范围。
2.6. 阴极射线管由哪几部分组成？它们的功能分别是什么？2.16. 什么是象素点？什么是显示器的分辨率？第3章交互式技术如何设计一个好的用户接口为什么要定义逻辑输入设备交互式绘图技术有哪些？设备的评价三个层次：⒈设备层: 硬件性能最优化⒉任务层：单任务：选择最佳的交互设备⒊对话层：多任务：比较优劣3.2.2 输入模式1. 请求方式（request mode）输入设备在应用程序的控制下工作：2. 取样方式（sample mode）应用程序和输入设备同时工作：输入设备不断地产生数据，并送入数据缓冲区；当程序遇到采样语句要求输入时，从数据缓冲区中读取数据。
3D成像原理探究
3D成像原理探究一、3D成像原理简介3D（Three-dimensional）成像技术是指通过其中一种方式，在平面上观察一个立体空间，使得观察者能够感知到该空间的深度和距离感。
在计算机图形学、医学成像、虚拟现实等领域中，3D成像技术被广泛应用。
下面将从物理、光学以及计算机技术角度分析3D成像的原理。
二、物理原理1.线性退化原理在真实的三维空间中，离观察者远近不同的物体在成像上表现出不同的大小和清晰度。
这是因为远离观察者的物体将产生线性透视退化，使得它们的像变小变模糊。
通过观察不同距离的物体在成像平面上的表现，可以使观察者感知到空间的深度。
2.视差原理视差是通过两个眼睛观察同一个目标产生的效果。
两个眼睛位于不同的位置，因此它们所看到的目标位置会有微小的偏移。
大脑通过这种偏移量计算出目标与眼睛之间的距离，从而产生了深度感知。
三、光学原理1.光学立体成像采用光学方法进行3D成像时，通常会采用不同的观察角度获取物体的多张图像，然后通过计算机算法进行处理，生成带有深度信息的图像。
这些图像可以使用特殊的3D眼镜或者3D显示设备观察，通过左右眼的分屏显示或者极化光的分离来实现观察者的深度感知。
2.雷达成像雷达成像是一种利用电磁波进行3D测量的技术。
雷达装置发射射频信号，当它们与物体相交时，部分信号将被反射回来。
通过分析反射信号的时延、幅度和波形，可以计算出目标物体与雷达的距离和形状等信息，从而实现3D成像。
四、计算机技术1.光线追踪光线追踪是计算机图形学中一种用于模拟光线与物体交互的技术。
通过跟踪光线在场景中的传播路径，可以计算出光线与物体表面的交点和相互作用，最终生成逼真的3D成像效果。
2.结构光成像结构光成像是一种将物体投射结构光，利用相机观测物体变形后的光斑位置变化，从而计算出物体的三维形状的方法。
该技术广泛应用于工业检测、虚拟现实、人机交互等领域。
3.体积绘制体积绘制是一种通过描述物体的体积信息进行3D成像的技术。
计算机图形学
计算机图形学1. 简介计算机图形学是研究如何使用计算机来生成、处理和显示图像的一门学科。
它主要涉及图像的几何和物理特性的建模，以及图像的渲染和表示。
计算机图形学在各个领域中都有广泛的应用，包括游戏开发、电影制作、虚拟现实、医学成像等。
2. 图形学的基本概念图形学的基本概念包括点、线、多边形和曲线等基本元素，以及相应的数学方法和算法。
这些方法和算法用于描述和处理图像的几何特性，包括位置、方向、大小和形状等。
2.1 点和线在计算机图形学中，点是图像中最基本的元素，可以通过坐标系来表示。
线是由两个点之间的连接所形成的，可以通过直线方程或参数方程来描述。
2.2 多边形和曲线多边形是由多个线段连接而成的封闭图形，可以通过顶点的集合来描述。
曲线是由多个点按照一定规律连接而成的，可以通过控制点和插值方法来表示。
3. 图形的几何建模图形的几何建模是计算机图形学中的一个重要研究方向，它涉及如何使用数学模型来表示和描述物体的几何特性。
常用的几何建模方法包括点、线、面、体和曲面等。
3.1 点云和网格模型点云模型是一组离散的点的集合，它可以用于表示不规则形状的物体。
网格模型是一组由三角形或四边形面片组成的表面模型，它可以用于表示规则形状的物体。
3.2 曲面建模曲面建模是基于数学曲面的建模方法，它将物体表面抽象为由曲线和曲面组成的，可以通过控制点和插值方法来表示。
常用的曲面建模方法包括贝塞尔曲线和贝塞尔曲面等。
4. 图形的渲染和表示图形的渲染和表示是计算机图形学中的另一个重要研究方向，它涉及如何将图像的几何信息转化为可视的图像。
常用的渲染和表示方法包括光栅化、光线追踪和纹理映射等。
4.1 光栅化光栅化是将几何对象转化为像素的过程，它涉及将线段或多边形映射到屏幕上的像素点，并进行相应的着色和填充。
常用的光栅化算法包括Bresenham算法和扫描线算法等。
4.2 光线追踪光线追踪是一种以物理光线为基础的渲染方法，它从观察者的视角出发，沿着光线的路径跟踪物体的相交和反射，最终得到图像。
简述三维观察流程及各变换主要内容
简述三维观察流程及各变换主要内容下载温馨提示: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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计算机图形学期末复习[1]
![计算机图形学期末复习[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/2155f416ff00bed5b9f31d9f.png)
计算机图形学期末复习第一章绪论●名词解释：图形、图像、点阵法、参数法。
图形：是指能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象。
点阵法：是具有灰度或颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形有哪些点组成，这些点具有什么灰度或色彩。
图形包括哪方面的要素参数法：是以计算机所记录的图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。
把参数法描述的图形叫做图形；把点阵法描述的图形叫做图像。
●图形包括哪两方面的要素，在计算机中如何表示它们？图形的要素可以分为两类，一类是刻画形状的点、线、面、体等几何要素；另一类是反应物体本身固有属性，如表面属性或材质的明暗、灰度、色彩（颜色信息）等非几何要素。
在计算机中表示带有颜色及形状的图和形常用两种方法：点阵法和参数法。
●什么叫计算机图形学？分析计算机图形学、数字图像处理和计算机视觉学科间的关系。
计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法、和技术的一门学科。
计算机图形学试图将参数形式的数据描述转换生成（逼真的）图像。
数据图像处理则着重强调图像之间进行变换，它旨在对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果，计算机视觉是研究用计算机来模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术，它模拟对客观事物模式的识别过程，是从图像到特征数据对象的描述表达处理过程。
●有关计算机图形学的软件标准有哪些？标准有：计算机图形核心系统（GKS）及其语言联编、三维图形核心系统（GKS-3D）及其语言联编、程序员层次交互式图形系统（PHIGS）及其语言联编、计算机图形元文件(CGM)、计算机图形接口（CGI）、基本图形转换规范（IGES）、产品数据转换规范（STEP）等。
●试发挥你的想象力，举例说明计算机图形学有哪些应用范围，解决的问题是什么？近年来计算机图形学已经广泛地用于多种领域，如科学、医药、商业、工业、政府部门、艺术、娱乐业、广告业、教育和培训等。
第二章计算机图形系统及图形硬件●名词解释：刷新、刷新频率、像素点、屏幕分辨率、位平面、屏幕坐标系。
计算机图形学中的三维重建与渲染技术
计算机图形学中的三维重建与渲染技术计算机图形学是现代计算机科学领域的一个重要分支，它研究如何利用计算机来处理和呈现图像和图形。
而在计算机图形学中，三维重建与渲染技术是一项十分关键的技术，它可以让我们在计算机上实现对三维物体的建模、可视化和呈现，是计算机图形学的核心技术之一。
一、三维重建技术三维重建技术是计算机图形学中研究三维模型建立的技术，它主要通过对物体的几何结构、纹理、色彩等特征进行探测、测量、分析和计算，从而重建出三维模型。
三维重建技术主要有以下几种：1.点云重建点云重建是三维重建中的一种常见技术，主要通过采用激光扫描技术等手段，将物体表面上的所有点云数据收集起来，然后利用点云数据预先定义的处理算法将其处理成三维模型。
点云重建技术可以重建出物体的真实几何形态，适用于自然风景模型、雕塑模型等。
2.多视图重建多视图重建是指基于多个视角下的图像，通过计算视点、视角、景深等参数建立三维模型。
多视图重建主要是通过利用相机、扫描仪等设备观察物体，并将获得的多张图像进行分析、处理和重建，最终得到完整、准确的三维模型。
多视图重建技术适用于建立物体表面细节特征丰富的模型。
3.立体视觉重建立体视觉重建技术是指基于人眼的两个视点，将不同的影像信息进行组合和重建，以建立真实、立体感强的三维模型。
立体视觉重建技术主要利用双目相机拍摄物体不同视点下的影像，通过计算两个影像之间的差异从而建立物体的三维模型。
立体视觉重建技术适用于建立真实、逼真的物体模型。
二、渲染技术渲染技术是指将三维模型转化为二维图像的过程，主要是通过光线追踪、阴影处理、纹理映射、透视变换等手段，将三维模型转化为视觉上真实、逼真的二维图像。
渲染技术主要包括下面几个方面：1.光线追踪光线追踪是渲染技术中的一种十分重要的技术，能够以真实方式呈现物体的阴影、反射和折射效果。
光线追踪的原理就是根据物体表面法线方向，从视点向各个方向发射光线，当光线与物体发生交叉时，计算光线的反射、折射、透明等信息，最终生成真实逼真的图像。
计算机图形学_三维视图
轴测投影的示例
▪根据对立方体进行投影时与几个坐标轴之间夹角 都相等进行分类
没有：正三测 两个：正二测 三个：正等测
正三测
正二测
正等测
优势与不足
直线段长度被缩短(foreshortened)，但可以求出收 缩因子
保持直线但不保角
圆所在平面如果不平行于投影面，它的投影为椭圆
可以见到盒子类对象的三个基准面 会导致某些观察错觉
透视投影
透视投影的投影中心与投影平面之间的距离为 有限的。投影线（视线）从投影中心（视点） 出发，投影线是不平行的。
透视投影具有透视缩小性，不能真实反映物体 的精确尺寸和形状。
透视图是采用中心投影法，通过空间一点 （投影中心）将三维形体投影到投影面上 所得到的投影图。
视点 投影中心
图像平面
把照相机沿z轴正向移动 平移照相机标架 把对象沿z轴负向移动 移动世界标架
两者是完全等价的，都是由模型－视图矩阵确 定的
需要平移glTranslated(0.0, 0.0, -d); 此处d > 0
移动照相机
可以利用一系列旋转和 平移把照相机定位到任 意位置
例如，为了得到侧视图
三维视图(三维观察）
经典视图 计算机视图 投影矩阵
基本内容
介绍经典视图 比较由计算机形成的图像与建筑师、画
家和工程师绘制的图像 学习每种视图的优势与不足
为什么需要经典视图？
传统由手工操作的制图工作现在可以用计算机 模拟
电影中的动画，建筑图纸，机器零件图纸 这些领域中需要不同的经典视图
但不一定保角
在诸如地图绘制等应用中需要非平面投 影
经典投影
哈理工教学设计《计算机图形学》(一表)
电子信息工程专业《计算机图形学》教学设计卢迪王鹏张开玉哈尔滨理工大学电气与电子工程学院2006年9月1 课程的基本描述课程名称：计算机图形学Computer Graphics课程性质：学科基础必修课适用专业：电子信息工程教材选用：陈传波，陆枫. 计算机图形学基础.北京：电子工业出版社，2002总学时：60 理论学时：48实验学时：12 课程设计：无学分： 3.5 开课学期：第六学期前导课程：高等数学、线性代数、C语言程序设计后续课程：数字图像处理2 教学定位2.1 能力培养目标本课程主要培养学生以下三个方面的能力：1. 认知和理解能力理解计算机图形学的基本概念、图形的表示与数据结构、曲线曲面的基本概念。
2. 逻辑思维能力理解基本图形的生成算法，并能对现有的算法进行改进，理解图形的变换和裁减算法。
3. 程序设计能力能够根据图形生成算法、裁剪算法设计相应的实现程序。
2.2 课程的主要特点计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。
是一门复杂的综合性的新兴学科，内容丰富，涵盖的知识面较广。
既有具体的图形软硬件，又有抽象的理论和算法。
为学生以后从事图形图像处理工作打下坚实的基础。
2.3 教学定位计算机图形学是一门应用广泛的新兴学科，主要介绍图形标准、图形硬件、图形的表示、基本图形的生成算法，以及图形的变换和观察等。
通过本课程的学习，学生可以了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术；了解图形学的基本问题，掌握图形学的基本概念、方法与算法；对于图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步认识；具有一定实践体会和相关的编程能力。
3 知识点与学时分配3.1 计算机图形学及其相关概念计算机图形学及其相关概念、计算机图形系统（学时：0.5学时）计算机图形学、图形的要素、图形的表示方法（理解、核心）计算机图形学与相关学科间的关系（了解、推荐）计算机图形系统的功能（理解、核心）计算机图形系统的结构（了解、推荐）计算机图形学的发展、应用、研究动态（学时：1.5学时）计算机图形学的发展、计算机图形学的应用、计算机图形学的研究动态（了解、推荐）共2学时3.2 图形设备图形输入设备（学时：1.5学时）键盘、鼠标、光笔、触摸屏、图形扫描仪（理解、核心）操纵杆、跟踪球、数据手套、数字化仪、声频输入系统（了解、可选）图形显示设备（学时：2学时）阴极射线管、CRT图形显示器（理解、核心）平板显示器、三维观察设备（了解、可选）图形显示子系统（学时：2学时）显示子系统的结构（理解、核心）分辨率、像素与帧缓存、颜色查找表、显示长宽比（理解、核心）PC图形显示卡（了解、可选）图形绘制设备（学时：0.5学时）打印机、绘图仪（理解、推荐）共6学时3.3 图形的表示与数据结构基本图形元素与段（理解、推荐）几何信息与拓扑信息、坐标系、几何元素（理解、核心）实体、正则集合运算（了解、可选）共2学时3.4 图形的生成、变换和观察基本图形生成算法（学时：12学时）直线的扫描转换（数值微分法、中点Bresenham算法、改进的Bresenham算法）（运用、核心）圆的扫描转换（简单方程产生圆弧、中点Bresenham画圆）（运用、核心）椭圆的扫描转换（椭圆的中点Bresenham画圆）（运用、核心）多边形的扫描转换与区域填充（X扫描线算法、改进的有效边表算法、边缘填充算法、边界填充算法、泛填充算法）（运用、核心）字符处理、属性处理（了解、推荐）反走样（过取样、简单的区域取样、加权区域取样）（理解、核心）二维变换及二维观察（学时：10学时）基本概念（齐次坐标、几何变换、二维变换矩阵）（理解、核心）基本几何变换（平移变换、比例变换、旋转变换、对称变换、错切变换、二维图形几何变换的计算）（运用、核心）二维观察（基本概念、用户坐标系到观察坐标系的变换、窗口到视区的变换）（运用、核心）裁减（点的裁减、直线段的裁减、多边形的裁减、其他裁减）（运用、核心）三维变换及三维观察（学时：4学时）基本概念（三维齐次坐标变换矩阵、几何变换、平面几何投影、观察投影）（理解、核心）三维几何变换（三维基本几何变换、三维复合变换）（理解、核心）共26学时3.5 曲线和曲面基本概念（学时：2学时）曲线曲面数学描述的发展（了解、推荐）曲线曲面的表示、插值和逼近样条、样条描述（理解、核心）三次样条（学时：2学时）自然三次样条、三次Hermite样条（理解、核心）Bezier曲线曲面（学时：2学时）Bezier曲线定义和性质（理解、核心）Bezier曲线的生成（了解、可选）B样条曲线曲面（学时：2学时）定义、性质（理解、核心）B样条曲面（了解、可选）共8学时3.6 其它学时习题课(学时：4学时)实验(学时：12学时)3.7 课程覆盖的知识领域和知识单元汇总4 讲授提示及方法4.1计算机图形学及其相关概念重点：计算机图形学的定义、图形的要素、图形的表示方法、计算机图形系统的功能。
三维坐标变换
第二章三维观察1.三维观察坐标系1.1观察坐标系为了在不同的距离和角度上观察物体，需要在用户坐标系下建立观察坐标系x v,y v,z v(通常是右手坐标系)也称(View Reference Coordinate)。
如下图所示，其中，点p0(x o, y o, z0)为观察参考点（View Reference Point），它是观察坐标系的原点。
图1.1 用户坐标系与观察坐标系依据该坐标系定义垂直于观察坐标系z v轴的观察平面(view palne)，有时也称投影平面(projection plane)。
图1.2 沿z v轴的观察平面1.2观察坐标系的建立观察坐标系的建立如下图所示：图1.3 法矢量的定义观察平面的方向及z v轴可以定义为观察平面(view plane)N法矢量N: 在用户坐标系中指定一个点为观察参考点，然后在此点指定法矢量N，即z v轴的正向。
法矢量V：确定了矢量N后，再定义观察正向矢量V，该矢量用来建立y v轴的正向。
通常的方法是先选择任一不平行于N的矢量V'，然后由图形系统使该矢量V'投影到垂直于法矢量N的平面上，定义投影后的矢量为矢量V。
法矢量U：利用矢量N和V，可以计算第三个矢量U，对应于x z轴的正向。
的指定视图投影到显示设备表面上的过程来处理对象的描述。
2.世界坐标系在现实世界中，所有的物体都具有三维特征，但是计算机本身只能处理数字，显示二维的图形，将三维物体和二维数据联系到一起的唯一纽带就是坐标。
为了使被显示的物体数字化，要在被显示的物体所在的空间中定义一个坐标系。
该坐标系的长度单位和坐标轴的方向要适合被显示物体的描述。
该坐标系被称为世界坐标系，世界坐标系是固定不变的。
OpenGL 中世界坐标用来描述场景的坐标，Z+轴垂直屏幕向外，X+从左到右，Y+轴从下到上。
世界坐标系是右手笛卡尔坐标系统。
我们用这个坐标系来描述物体及光源的位置。
世界坐标系以屏幕中心为原点(0,0,0)，长度单位这样来定： 窗口范围按此单位恰好是(-1,-1)到(1,1)。
计算机图形学第一章基本知识
课程内容
• 第二篇 实用图形编程技术 第八章 基于MFC的图形编程基础 第九章 基于MFC的交互绘图 第十章 OpenGL基础知识和实验框架的建立 第十一章 OpenGL的基本图形 第十二章 OpenGL的组合图形及光照和贴图 第十三章 摄像漫游与OpenGL的坐标变换
1.2 计算机图形学的发展历史
时间 五十年代 特 征 MIT 旋风一号，计算机驱动CRT+照相机， SAGE(交互式图形技术诞生)
六十年代
随机扫描显示器，图形学之父
六十年代至七十年代 存储管显示器，应用的软件包 初 七十年代至八十年代 光栅扫描显示器，新型的图形输入设备，图 初 形语言标准 八十年代至九十年代 图形工作站(Apollo,Sun,Hp) 初 九十年代至今 微机，交叉学科（多媒体等）
计算机图形学 郑州大学信息工程学院
•按工作原理分为：1、阴极射线管(CRT)
1.4.3 显 示 器
控制栅
聚焦系统
荧 光 粉 涂 层
灯丝
阴极 加速系统 偏转系统
计算机图形学 郑州大学信息工程学院
2、 等离子屏幕显示器
• 由一个细小氖泡矩阵组成，由于氖泡有两种状态：开 启(点燃)、关闭(熄灭)，且状态可保持。分为 1）前层：垂直导线 2）中层：细小氖泡 3）后层：水平导线
真实图形生成技术的发展
• 逼真地显示出该物体在现实世界中所观察到的 形象，就需要采用适当的光照模型，尽可能准 确地模拟物体在现实世界中受到各种光源照射 时的效果 • 局部光照模型模拟漫反射和镜面反射，而将许 多没有考虑到的因素用一个环境光来表示。 • 光线跟踪方法和辐射度方法为代表的全局光照 模型，使得图像的逼真程度大为提高
计算机图形学中的三维立体视觉处理原理
计算机图形学中的三维立体视觉处理原理随着现代科技的不断进步，计算机图形学已经成为了一个具有相当繁荣发展前景的领域。
其中，三维立体视觉处理技术更是成为了人们关注的焦点之一。
本文将从三维立体视觉处理的概念出发，探究其原理、应用以及未来展望。
一、概念三维立体视觉处理技术是一种将图像或视频转换为以人眼为模型的三维场景的技术。
具体来说，它是通过对左右两个视角之间的差异进行计算，来构建一种立体景象。
这种技术应用广泛，包括3D动画、虚拟现实、立体电影等等。
二、原理三维立体视觉处理的原理是基于人眼的视觉原理。
人眼的两个视觉通道分别对应左右眼，这两个通道可以观察同一物体，但是因为角度和距离的原因，所看到的图像会有一定的差异。
三维立体视觉处理技术基于这个原理来模拟人眼观察三维世界的过程，从而构建出一种类似于真实世界的场景。
具体来说，这个技术通过计算左右视角的差异，得到一个深度映射（Depth Map）。
该深度映射可以反映出物体表面与相机之间的距离差异，从而生成一个三维场景的模型。
三、应用三维立体视觉处理技术应用广泛，包括3D动画、虚拟现实、立体电影等等。
其中，虚拟现实技术更是随着VR设备的普及而变得越来越流行。
虚拟现实技术利用三维立体视觉处理技术来构建虚拟的三维世界，让用户感觉自己仿佛置身其中，可以和虚拟世界进行互动。
例如，在虚拟现实游戏中，玩家可以通过游戏手柄来控制自己的角色行动。
在一个展示馆中，观众可以通过带着VR头盔进入一个虚拟博物馆，浏览真实版无法取得、无法展示的物品。
此外，三维立体视觉处理技术还可以帮助医学界进行疾病诊断，如利用该技术来进行医学图像分析，帮助医生进行手术规划和仿真。
四、未来展望随着技术不断进步，三维立体视觉处理技术的应用也将进入到更多领域。
例如，在电影制作领域，该技术可以更好地表现电影的特效效果，增强观影体验。
而在工业设计和建筑领域，三维立体视觉处理技术则可以用来进行建筑设计和仿真。
同时，人们对三维立体视觉处理技术的要求也日益提高。
《计算机图形学》实验指导书(正式版)
《计算机图形学》实验指导谢晓玲华东理工大学信息学院计算机系2010年8月目录实验1 OpenGL应用的创建 (2)实验2 橡皮筋技术的实现 (17)实验3 基本变换 (24)实验4 拾取 (41)实验5 三维观察的实现 (54)实验1 OpenGL应用的创建一、实验目的1、了解C++.NET开发基于窗口技术的应用程序的步骤；2、了解OpenGL绘图的步骤；3、显示一个三角形图形。
二、使用的工具软件及环境C++.NET、OpenGL三、实验内容1、构造一个单文档的Windows应用程序2、定义一个填充图案；3、通过菜单，交互控制填充开关；4、显示一个填充的三角形图形。
四、实验指导1、基本要素（1）C++.NET程序设计框架C++.NET提供了一套应用程序框架，应用程序框架是指用于生成一般的应用程序所必须的各种面向对象的软件组建的集合。
C++程序设计的特点之一就是大量使用类库来进行功能扩展。
类库是一个可以在应用程序中使用的相互关联的C++类的集合。
一些类库是随编译器一起提供的，一些是由其他软件公司销售的，还有一些是由用户自己开发的。
应用程序框架是一种类库的超集，它用来定义程序的结构，将其他的类库，例如文档类、视图类及用户自定义类等，嵌入到应用程序框架中，以完成用户预期的功能。
通过定制，C++.NET 可以自动生成一套程序代码，以单文档多视风格的应用程序为例，自动生成的源代码主要包含应用程序类、主框架类、文档类、视口类。
以MyDemo为工程名，C++.NET自动生成的类如下：A．class CMyDemoApp: public CWinAppCMyDemoApp的对象就代表了一个应用程序。
该程序定义了一个单独的全局CMyApp对象theApp：CMyDemoApp theApp；其基类决定了theApp的行为，包括程序的启动、初始化和运行等。
B．class CMainFrame : public CFrameWnd它代表了应用程序的主框架窗口，它负责创建和显示具体的窗口结构，并负责消息的分发。
计算机图形学-第五章-图形变换
第五章图形变换重点：掌握二维几何变换、二维观察变换、三维几何变换以及三维观察变换。
难点：理解常用的平移、比例、旋转变换，特别是复合变换。
课时安排：授课4学时。
图形变换包括二维几何变换，二维观察变换，三维几何变换和三维观察变换。
为了能使各种几何变换（平移、旋转、比例等）以相同的矩阵形式表示，从而统一使用矩阵乘法运算来实现变换的组合，现都采用齐次坐标系来表示各种变换。
齐次坐标系齐次坐标系：n维空间中的物体可用n+1维齐次坐标空间来表示。
例如二维空间直线ax+by+c=0，在齐次空间成为aX+bY+cW=0，以X、Y和W为三维变量，构成没有常数项的三维平面(因此得名齐次空间)。
点P(x、y)在齐次坐标系中用P(wx,wy,w)表示，其中W是不为零的比例系数。
所以从n维的通常空间到n+1维的齐次空间变换是一到多的变换，而其反变换是多到一的变换。
例如齐次空间点P(X、Y、W) 对应的笛卡尔坐标是x=X/W和y=Y/W。
将通常笛卡尔坐标用齐次坐标表示时，W的值取1。
采用齐次坐标系可以将平移、比例、旋转这三种基本变换都以相同的矩阵形式来表示，并统一地用矩阵乘法来实现变换的组合。
齐次坐标系在三维透视变换中有更重要的作用，它使非线形变换也能采用线形变换的矩阵表示形式。
5.1 二维几何变换二维几何变换就是在平面上对二维点的坐标进行变换，从而形成新的坐标。
二维几何变换主要包括：平移、比例、旋转、对称、错切、仿射和复合变换。
5.1.1 二维平移变换如图所示，它使图形移动位置。
新图p'的每一图元点是原图形p中每个图元点在x和y方向分别移动Tx和Ty产生，所以对应点之间的坐标值满足关系式x'=x+Txy'=y+Ty可利用矩阵形式表示成：［x' y'］=［x y］+［Tx Ty］简记为：P'=P+T，T=［Tx Ty］是平移变换矩阵(行向量)。
从矩阵形式来看，平移变换是矩阵加法，而比例和旋转变换则是矩阵乘法。
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。
三维立体图
三维立体图简介在计算机图形学中，三维立体图是一种将三维物体或场景以平面方式展示的图形形式。
它是通过透视投影的方式，将三维物体转换为二维平面上的图像。
三维立体图可以用于可视化和交互式应用，在各种领域中都有广泛的应用，如游戏开发、工程建模、虚拟现实等。
透视投影三维立体图的核心技术是透视投影。
透视投影是一种模拟人眼看到物体的方式，使得近处的物体看起来更大，远处的物体看起来更小。
在三维立体图中，透视投影使得物体在远处逐渐消失，从而产生真实感和深度感。
透视投影的原理是通过将三维物体的坐标变换到一个投影平面上。
这个投影平面通常是一个视口，模拟人眼所看到的视角。
在进行投影前，需要先设定相机的位置和视角，通过相机位置和物体的坐标，可以计算出物体在投影平面上的位置。
然后，将物体的坐标投影到投影平面上，得到二维平面上的坐标。
尽管透视投影能够在二维平面上模拟三维感，但它也有一些局限性。
例如，由于透视投影是线性的，物体越远离相机，投影的误差也越大。
另外，透视投影只能显示物体的一个面，而不能显示物体的背面。
三维立体图的应用游戏开发三维立体图在游戏开发中有着广泛的应用。
它能够实现逼真的游戏场景和角色模型，给玩家带来沉浸式的游戏体验。
通过三维立体图，游戏开发人员可以创建出逼真的山脉、建筑物、车辆等物体，并对其进行动画、碰撞检测等操作。
同时，通过透视投影，游戏开发人员可以为玩家呈现出不同的视角，增加游戏的可玩性。
工程建模在工程领域，三维立体图被广泛应用于建筑、机械等领域的建模和设计中。
通过三维立体图，工程师可以更直观地了解建筑物或机械设备的结构和外观。
工程师可以将设计好的三维模型进行渲染，从不同的角度观察和分析模型，以便作出优化和改进。
虚拟现实三维立体图在虚拟现实中的应用也越来越广泛。
虚拟现实是一种模拟真实世界的技术，通过特殊的设备和软件，使用户感觉像身临其境一样。
三维立体图在虚拟现实中可以构建出虚拟的场景和环境，让用户感受到身处其中的感觉。
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）。
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平行投影视见体的规范化
Step 3:把Step的长方体变为规范长方体,变换矩阵为s3;
Step 4:分别沿 和 轴的负方向平移一个单位的变换 矩阵为s4.
因此由任意平行六面体视见体到规范化长方体视见体的变换为:
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yq ywq
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连续变换的处理
设在世界坐标系中的变换合并成一个4×4矩阵T1， 变换为
( x , y , z ,1) T ( x , y , z ,1)
T 1
T
T
(5.13)
( x , y , q ) T ( x , y , z ,1)
q q 2
T2是一个3×4的矩阵,投影变换是
T
(5.14)
T3是3×3矩阵，窗口至视区的变换是
(x , y ,q ) T (x , y ,q)
T vq vq v 3 q q
T
T
(5.15)
T
到物理设备坐标的变换式为
(x , y ,q ) T (x , y ,q )
sq sq s 4 vq vq v
(5.18)
如果不需要作投影变换，例如显示对象本身是二 维的，或是平行投影，那么式(5.18)可直接写成
x s x sq , y s y sq
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计算机图形学
结 束
平行投影时的视见体
图B
透视投影时的视见体
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投影方程
平行投影时,规范视见体是由以下平面方程构成的 长方体如图 ( a)所示 透视投影时,规范视见体可以是由以下平面方程构 成的棱台如图 (b)所示
平行投影(a)和透视投影(b)的规范化视见体
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投影平面的指定
确定新坐标系：
1. 2. 3. 过o 点沿N方向的射线定义为o z 轴。 给定向量U(xu, yu, zu)，此向量在投影平面上的垂直投影所指的方 向即为o y轴的方向。 o x 轴为与o y 轴和o z 轴正交的射线。
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2
坐标变换公式
设 ( x o , y o , z o ) 是点 o 在坐标系oxyz中的坐标， x ， y o o 和o z 轴的单位方向向量为 ( a 11 , a 12 , a 13 ) 、 ( a 21 , a 22 , a 23 ) 和 ( a 31 , a 32 , a 33 ) ，那么从坐标系oxyz到 o x y z 的变换是
i ( a 11 , a 12 , a 13 ) ( b1 , b 2 , b与N×N的关系
o y 轴的单位方向向量应是 o x 和
o 轴的单位向量的向量积， z
因此
j ( a 21 , a 22 , a 23 ) ( a13 a 32 a 12 a 33 , a11 a 33 a 13 a 31 , a 12 a 31 a11 a 32 )
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5
坐标变换公式
把式（%%%）转换成齐次形式代入式（&&&）得
xq zc y 0 q q 0 0 zc 0 xc yc 1 0 0 zc a1 1 a 21 a 31 0 a1 2 a 22 a 32 0 a1 3 a 23 a 33 0 a1 4 a 24 a34 1 x y z 1
2 2 2 2 2
xn yn zn xn yn zn
2 2 2
2
i, j和k分别为 o x , o y , o z 轴的单位方向向量 求解 o z 轴单位向量，和N方向一致，故有
k ( a 31 , a 32 , a 33 ) ( x n , y n , z n )
xn yn zn
( x sq , y sq , q s ) T 4 T3 T 2 T1 ( x , y , z ,1) T ( x , y , z ,1)
T T T
(5.17)
在对图形变换以前，先要算出T，输出每一个图形 元素时，只要作一次矩阵向量乘法式(5.17)，就得 点在屏幕坐标系中的坐标.
x s x sq q s , y s y sq q s
xd zd yd zd
x y z 1
x p xq q,
y p yq q
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视见体到规范视见体的变换
要进行三维观察,必须在世界坐标系中给定一个视 见体,其视见体如图A和B所示:
图A
z c a1 4 x c a 3 4 z c a 24 y c a 34 z c a 34
其中 a i 4 ( a i 1 x 0 a i 2 y 0 a i 3 z 0 ), i 1, 2 , 3
x y z 1
( 、a 21 , a 22 , a 23 ) 和
( a 31 , a 32 , a 33 )
?
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3
计算x0, y0, z0和 aij(i, j =1, 2, 3)的方法
x0 xr d xn y0 yr d yn z0 zr d zn xn yn zn
2 2
2
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4
计算x0, y0, z0和 aij(i, j =1, 2, 3)的方法
o x 轴和向量U×N方向一致如右图，设
x U N xu xn y yu yn z z u b1 x b 2 y b 3 z zn
其中x, y和z分别为ox, oy, oz轴的单位方向向量，则
计算机图形学
第五章 三维空间的观察
投影平面是任意平面的问题
在坐标系oxyz中来讨论投影平面是任意平面的问题。
为了给出一个投影平面,我们 需要给定一个参考点R(xr, yr, zr)， 投影平面的法线方向N(xn, yn, zn)， 和一个常数 d。过点R沿N方向作 射线，在射线上取 o 点使该点与R 点距离为d，则投影平面为过 o 点 并且和N垂直的一个平面。调整R 和N可以方便的改变投影平面的位 置和方向。
xp WL WR WL xv V L VR VL
yp WB WT WB
yv V B VT VB
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窗口到视口的变换
整理得
xv=Axp + B yv=Cyp + D
A VR VL WR WL , B V L A W L
a1 1 a 3 1 a 21 a31 0
xd zd yd zd
a1 2 a 3 2 a 22 a32
xd zd yd zd
a1 3 a 3 3 a 23 a33
xd zd yd zd
a1 4 a 3 4 a 24 a34
0
0
1
坐标系oxyz中任一点(x, y, z)，可求得它在投影平面上的投 影点 ( x p , y p )。
x p xq q, y p yq q
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投影平面为任意平面的平行投影
xd 1 0 0 zd xq y yd q 0 0 1 q zd 0 0 0 a1 1 a 21 a 31 0 a1 2 a 22 a 32 0 a1 3 a 23 a 33 0 a1 4 a 24 a 34 1 x y z 1
(5.16)
（5.13）式至（5.16）式合并起来其中T=T4T3T2T1是一个3×4矩阵。
( x , y , q ) T T T T ( x , y , z ,1) T ( x , y , z ,1)
T T sq sq s 4 3 2 1
T
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投影到屏幕上坐标的计算
z c a1 1 x c a 3 1 z c a 21 y c a 31 a 31
z c a1 2 x c a 3 2 z c a 22 y c a 32 a 32
z c a1 3 x c a 3 3 z c a 23 y c a 33 a 33
透视投影视见体的规范化
和平行投影的变换相似,通过三步变换可把图B中 的棱台变成图 (b)中的棱台.
Step 1:把视点( )移至坐 标原点,其变换矩阵为T1
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透视投影视见体的规范化
Step 2:分别做沿 和 方向的切变,把Step1得到的 棱台变成正棱台,由图5.15可知这个变换应为T2
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透视投影视见体的规范化
Step 3:进行单位化,变换矩阵为T3
因此由棱台视见体到规范化棱台视见体的变换为
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用三维规范体裁剪
将Sutherland-Cohen算法推广到三维,对于空间一点 可以得到区域码从右到左对应的二进制位 bit1=1,如果 : bit2=1,如果: bit3=1,如果: bit4=1,如果: bit5=1,如果: Bit6=1,如果: