计算机形学中的几何变换与投影技术
计算机图形学第4章图形变换
反射变换
总结词
反射变换是将图形关于某一平面进行镜像反射的变换。
详细描述
反射变换可以通过指定一个法向量和反射平面来实现。法向量垂直于反射平面，指向反射方向。在二 维空间中，反射变换可以将图形关于x轴或y轴进行镜像反射；在三维空间中，反射变换可以将图形关 于某一平面进行镜像反射。
03
复合图形变换
组合变换
01
02
03
04
组合变换是指将多个基本图形 变换组合在一起，形成一个复
杂的变换过程。
组合变换可以通过将多个变换 矩阵相乘来实现，最终得到一
个复合变换矩阵。
组合变换可以应用于各种图形 变换场景，如旋转、缩放、平
移、倾斜等。
组合变换需要注意变换的顺序 和矩阵的乘法顺序，不同的顺 序可能导致不同的变换结果。
矩阵变换
矩阵变换是指通过矩阵运算对图形进 行变换的方法。
常见的矩阵变换包括平移矩阵、旋转 矩阵、缩放矩阵和倾斜矩阵等。
矩阵变换可以通过将变换矩阵与图形 顶点坐标相乘来实现，得到变换后的 新坐标。
矩阵变换具有数学表达式的简洁性和 可操作性，是计算机图形学中常用的 图形变换方法之一。
仿射变换
仿射变换是指保持图形中点与 点之间的线性关系不变的变换。
05
应用实例
游戏中的图形变换
角色动画
通过图形变换技术，游戏中的角 色可以完成各种复杂的动作，如
跑、跳、攻击等。
场景变换
游戏中的场景可以通过图形变换 技术实现动态的缩放、旋转和平 移，为玩家提供更加丰富的视觉
体验。
特效制作
图形变换技术还可以用于制作游 戏中的特效，如爆炸、火焰、水
流等，提升游戏的视觉效果。
THANKS
计算机图形学-变换
第3章 变换
基本的二维几何变换 二维复合变换 其他二维变换 三维几何变换 OpenGL几何变换函数 三维图形的显示流程 投影 裁剪
2
几何变换
应用于对象几何描述并改变它的位置、方 向或大小的操作称为几何变换（geometric transformation） 基本的二维几何变换包括平移、旋转和缩 放
8
矩阵表示和齐次坐标
许多图形应用涉及到几何变换的顺序 需要用一个通式来表示平移、旋转和缩放
P M1 P M 2
将2×2矩阵扩充为3×3矩阵，可以把二维几 何变换的乘法和平移项组合为单一矩阵表示
9
二维平移矩阵
x 1 0 t x x y 0 1 t y y 1 0 0 1 1
三维坐标轴旋转
X轴坐标不变，循环替代x、y、z三个 轴可以得到绕x轴旋转的公式
z
y ' y cos z sin
y
z ' y sin z cos x' x
x
35
三维坐标轴旋转
y轴坐标不变，循环替代x、y、z三个 轴可以得到绕y轴旋转的公式
x
z
y
z ' z cos x sin x' z sin x cos y' y
glMatrixMode (GL_MODELVIEW); glColor3f (0.0, 0.0, 1.0); glRecti (50, 100, 200, 150); //显示蓝色矩形
glColor3f (1.0, 0.0, 0.0); glTranslatef (-200.0, -50.0, 0.0); glRecti (50, 100, 200, 150); //显示红色、平移后矩形
计算机图形学复习总结
一、名词解释：1、计算机图形学：用计算机建立、存储、处理某个对象的模型，并根据模型产生该对象图形输出的有关理论、方法与技术，称为计算机图形学。
3、图形消隐：计算机为了反映真实的图形，把隐藏的部分从图中消除。
4、几何变换：几何变换的基本方法是把变换矩阵作为一个算子，作用到图形一系列顶点的位置矢量，从而得到这些顶点在几何变换后的新的顶点序列，连接新的顶点序列即可得到变换后的图形。
6、裁剪：识别图形在指定区域内和区域外的部分的过程称为裁剪算法，简称裁剪。
7、透视投影：空间任意一点的透视投影是投影中心与空间点构成的投影线与投影平面的交点。
8、投影变换：把三维物体变为二维图形表示的变换称为投影变换。
9、走样：在光栅显示器上绘制非水平且非垂直的直线或多边形边界时，或多或少会呈现锯齿状。
这是由于直线或多边形边界在光栅显示器的对应图形都是由一系列相同亮度的离散像素构成的。
这种用离散量表示连续量引起的失真，称为走样（aliasing ）。
10、反走样：用于减少和消除用离散量表示连续量引起的失真效果的技术，称为反走样。
二、问答题：1、简述光栅扫描式图形显示器的基本原理。
光栅扫描式图形显示器(简称光栅显示器)是画点设备，可看作是一个点阵单元发生器，并可控制每个点阵单元的亮度，它不能直接从单元阵列中的—个可编地址的象素画一条直线到另一个可编地址的象素，只可能用尽可能靠近这条直线路径的象素点集来近似地表示这条直线。
光栅扫描式图形显示器中采用了帧缓存，帧缓存中的信息经过数字／模拟转换，能在光栅显示器上产生图形。
2、分别写出平移、旋转以及缩放的变换矩阵。
平移变换矩阵：⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡1010000100001z y xT T T （2分） 旋转变换矩阵： 绕X 轴⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-10000cos sin 00sin cos 00001θθθθ（2分） 绕Y 轴⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-10000cos 0sin 00100sin 0cos θθθθ（2分）绕Z 轴⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-1000010000cos sin 00sin cos θθθθ（2分） 缩放变换矩阵：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡1000000000000zy x S S S （2分） 3、图形变换有什么特点？最基本的几何变换有哪些？答：图形变换的特点：大多数几何变换（如平移、旋转和变比）是保持拓扑不变的，不改变图形的连接关系和平行关系。
计算机图形学13投影变换
将坐标原点平移到点(a,b)。
01
平行投影
02
俯投影视图 将立体向xoy面作正投影，此时Z坐标取0;
03
投影变换 平行投影
使水平投影面绕X轴旋转-90，使与正投影面处于同一平面； 最后让图形沿Z轴平移dx=tx , dy=ty; 将x轴、y轴反向以与U、V两坐标轴方向一致； 将坐标原点平移至点O
不平行于投影面的平行线的投影会汇聚到一个点，这个点称为灭点(Vanishing Point)。 坐标轴方向的平行线在投影面上形成的灭点称作主灭点。 一点透视有一个主灭点，即投影面与一个坐标轴正交，与另外两个坐标轴平行。 两点透视有两个主灭点，即投影面与两个坐标轴相交，与另一个坐标轴平行。 三点透视有三个主灭点，即投影面与三个坐标轴都相交。
湖北大学 数计学院
1
讨论(续)：
2
类似，若主灭点在 Y 轴或 X 轴上，变换矩阵可分别写为：
二点透视投影的变换矩阵
湖北大学 数计学院
在变换矩阵中，第四列的p,q,r起透视变换作用 当p、q、r中有两个不为0时的透视变换称为二点透视变换。假定p!=0, r!=0, q=0; 将空间上一点(x,y,z)进行变换，可得如下结果：
7.4 投影变换 7.4.2 平行投影 斜平行投影求法
知投影方向矢量为（xp,yp,zp）
设形体被投影到XOY平面上
形体上的一点(x,y,z)在xoy平面上投影后→(xs,ys)
∵投影方向矢量为(xp,yp,zp)
∴投影线的参数方程为：
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7.4 投影变换 7.4.2 平行投影 斜平行投影求法 因为 所以 若令
则矩阵式为：
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。
投影的概念
正交投影是将高维空间中的点映射到低维空间中的点，保持点之间的距离不变。
非正交投影是将高维空间中的点映射到低维空间中的点，保持点之间的距离不变，但可能改变点的方向。
投影变换的分类
轴测投影：投影线与轴线平行，如正轴测投影、斜轴测投影等
球面投影：将球面投影到平面上，如墨卡托投影、高斯-克吕格投影等
XXX,a click to unlimited possibilities
投影的概念
目录
01
投影的定义
02
投影的分类
03
投影的应用
04
投影的性质
05
投影变换
01
投影的定义
投影的基本含义
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投影可以分为正投影和斜投影，正投影是物体与投影面垂直，斜投影是物体与投影面倾斜。
斜投影的特点：可以表示物体的立体感，但投影大小与实际大小不同，不易理解
正投影的特点：直观、易于理解，但无法表示物体的立体感
斜投影：平行光线倾斜于投影面，投影大小与物体实际大小不同
中心投影与平行投影
中心投影：以投影中心为基准，将物体投射到投影面上
平行投影：以投影面为基准，将物体投射到投影面上
中心投影的特点：投影中心与投影面垂直，投影线相互平行
平行投影：投影线相互平行，如正投影、斜投影等
中心投影：投影线通过一个中心点，如透视投影等
投影变换的性质
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投影变换不改变向量的长度
投影变换是线性变换
投影变换不改变向量的方向
投影变换不改变向量的夹角
几何学在计算机形学中的应用
几何学在计算机形学中的应用几何学是研究空间、形状、大小和相对位置等概念的数学学科。
它在计算机形学中有着广泛的应用，帮助计算机图像处理、模型设计、动画制作等领域取得了重大突破。
本文将探讨几何学在计算机形学中的主要应用，包括三维建模、计算机视觉和计算机动画。
一、三维建模三维建模是指利用计算机创建三维模型的过程。
几何学在三维建模中起着至关重要的作用。
首先，几何学能够描述和表示三维空间中的对象，包括点、线、面等基本元素，并通过数学算法将其转化为计算机可以处理的数据。
其次，几何学可以用来定义几何体的形状、大小和变换等属性，帮助创建逼真的三维模型。
例如，在建模一个人的头部时，可以利用几何学的曲线和曲面技术来描述头部的形状，使其在计算机中呈现出真实感。
此外，几何学还可以应用于三维建模中的光照和渲染等方面，帮助模型在渲染过程中产生逼真的光影效果。
二、计算机视觉计算机视觉是指通过计算机模拟和理解人类视觉系统的过程，其中几何学是其关键部分。
在计算机视觉中，几何学可以帮助将图片或视频中的物体进行几何分析，例如物体的位置、形状、角度等。
通过几何学的分析，计算机可以识别出不同的物体，并将其转化为计算机可以处理的数字形式。
此外，几何学还可以用于图像处理中的几何变换，包括图像的旋转、缩放、移动等操作。
通过几何变换，计算机可以对图像进行形态学处理，如边缘检测、形状匹配等，进而实现图像的分割、识别和重建等功能。
三、计算机动画计算机动画是指利用计算机生成的动态影像，通过快速播放静态图像来模拟连续运动的过程。
在计算机动画中，几何学被广泛应用于模型建立、运动路径计算和动画渲染等方面。
首先，几何学可以通过数学计算描述并生成三维模型，使其具有逼真的外观和动画效果。
其次，几何学可以用于定义物体的路径、速度和加速度等运动属性，从而实现动画中物体的自然运动效果。
例如，在动画中模拟球体的抛掷运动时，需要利用几何学的运动学知识来计算球体的运动轨迹，并使其符合自然物体的运动规律。
高中几何知识解析解析几何中的射影与投影
高中几何知识解析解析几何中的射影与投影高中几何知识解析: 解析几何中的射影与投影几何学是数学中的一个重要分支，研究空间和图形的性质和变换。
而解析几何则是几何学与代数学相结合的一种方法，通过代数符号和方程来研究几何问题。
在解析几何中，射影和投影是重要的概念，本文将对射影和投影在高中几何知识中的应用进行解析。
一、射影射影是解析几何中的基本概念之一，用于描述从一个空间向另一个空间的特定技术。
在几何中，射影是指一个物体通过某种技术在一个平面上生成的影子。
这里的影子是指在平面上的投影，也可以理解为从一个点到一个平面的垂直线段。
对于平面上的一点P(x,y)，它在直线l : ax + by + c = 0上的射影记为P'，射影的坐标为(x',y')。
根据射影的定义，可以得到射影的性质：1. 直线l上的任意一点P，它的射影P'始终在直线l上；2. 直线l上的每一个点都有对应的射影点；3. 如果两个点在直线l上的距离相等，那么它们的射影点在直线l 上的距离也相等。
通过射影的概念，我们可以在解析几何中进行一些具体的计算和推导，例如线段的长度、直线的交点等问题。
二、投影投影是另一个解析几何中常用的概念，它是指通过某种技术将一个物体投影到另一个平面或直线上的过程。
在几何中，投影可以是垂直的，也可以是斜的。
在解析几何中，常见的投影包括点的投影和线段的投影。
对于点的投影，我们通常将点投影到某个平面或直线上，得到它在投影平面上的坐标。
对于线段的投影，我们可以将线段的两个端点分别投影到投影平面上，然后用投影点连接起来。
投影的过程可以通过几何图形的相似性来描述。
例如，如果一个线段AB在一个平面上的投影为A'B'，则线段AB与线段A'B'之间的比值等于线段的投影比。
这个比值可以帮助我们计算线段的长度、角度等几何性质。
在实际应用中，投影在建筑、航天等领域中起到重要的作用。
投影变换(计算机图形学)资料
2009-2010-2:CG:SCUEC
10
正投影之三视图
当投影面与某个坐标轴垂直 时，得到的空间物体的投影 为正投影（三视图）
1. 三视图分为正视图、侧视图
和俯视图.
2. 对应的投影平面分别与x轴， y 轴，z轴垂直。
三视图
三视图常用于工程制图，因为在其上可以测量距离和
角度。但一个方向上的视图只反映物体的一个侧面，只有 将三个方向上的视图结合起来，才能综合出物体的空间结 构和形状。
2009-2010-2:CG:SCUEC
4
投影变换的概念
近平面
远平面 Z
X
投影平面 V′ U′
窗口 X′ Y′
Y 投影线
视点
透视投影
视点：三维空间中任意选择的一个点，亦称为投影中心 投影平面：不经过视点的任意一个平面 投影线：从视点向投影平面的引出的任意一条射线
2009-2010-2:CG:SCUEC
x
xq zc
yq
0
0 zc
xc yc
0 0
y z
xp
xq q
,
yp
yq q
q 0
0
1
zc
1
2009-2010-2:CG:SCUEC
8
平行投影
平行投影可以看成投影中心移向无穷远时的极限情况。
设给定的投影方向为（ xd , yd , zd ）。在要投影的对象附近任取一点
（xs , ys , zs），以此点为起点作一射线，其指向是投影方向的反方向，
oz 和 轴的单位方向向量为 (a11, a12 , a13 ) 、 (a21, a22 , a23 ) 和
(a31, a32 , a33 ) ，那么从坐标系oxyz到 o xyz 的变换是
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。
定义投影的概念是什么
定义投影的概念是什么投影是一种空间变换的概念，可以将一个高维空间中的对象映射到一个低维空间中。
在几何学和线性代数中，投影是一种线性变换，它可以将一个向量映射到另一个向量或子空间上。
投影几何是研究图形在投影变换下的性质和关系的学科。
在三维空间中，投影通常被认为是一个垂直于观察方向的映射，其结果是将三维对象投影到一个平面上。
这个平面通常被称为投影平面或视平面。
投影可以是正交的，也可以是斜的，具体取决于观察方向和投影平面的相对位置。
在几何学中，我们通常使用两种类型的投影：平行投影和透视投影。
平行投影是指投影平面与观察方向平行的投影，它保持了对象的形状和大小。
透视投影是指投影平面与观察方向不平行的投影，它会导致对象在投影中产生形变和大小的变化。
投影在计算机图形学和计算机视觉领域中起着重要的作用。
在计算机图形学中，投影被用于将三维对象映射到二维的屏幕空间上，以便在计算机屏幕上显示。
常见的投影方法包括平行投影和透视投影。
平行投影常用于绘制平面图像，如建筑图或地图。
透视投影常用于模拟真实世界中的观察效果，如虚拟现实和电影特效。
在计算机视觉中，投影被用于对三维场景进行建模和分析。
通过对三维场景进行透视投影，可以得到一组二维图像，从而可以进行形状恢复、目标检测和场景重建等任务。
投影的特点使得它成为将三维信息转化为二维信息的有用工具。
除了在计算机图形学和计算机视觉中的应用外，投影还广泛应用于物理学、几何学和工程学中。
在物理学中，投影被用于描述物体在屏幕上的阴影和光线的传播。
在几何学中，投影被用于研究几何体的形状和关系。
在工程学中，投影被用于设计和分析工程结构的空间关系。
总结起来，投影是一种将高维空间中的对象映射到低维空间中的变换方法。
它在几何学、计算机图形学、计算机视觉、物理学、几何学和工程学等领域都有重要的应用。
通过投影，我们可以将三维对象转化为二维图像，从而进行建模、分析和处理。
投影的概念不仅在理论上具有重要意义，而且在实践中具有广泛的应用价值。
3d投影原理
3d投影原理
3D投影原理是一种通过渲染和投射光线来创建三维效果的技术。
它基于人眼的视觉原理，模拟出物体在真实世界中的位置和形状。
通过将物体的三维模型投影到二维屏幕上，我们可以以平面的方式呈现物体的立体效果。
在3D投影中，首先需要使用计算机图形学创建一个物体的三维模型。
这个模型可以由许多小的三角形构成，每个三角形都有其独特的位置、颜色和纹理。
一旦创建了三维模型，接下来需要确定观察者的位置和光源的位置。
观察者通常被放置在离屏幕一定距离的位置上，以模拟真实世界中的观察情况。
光源可以是自然光或人工光源，例如聚光灯或投影仪。
当观察者和光源的位置确定后，接下来需要进行几何变换和投影计算。
几何变换将模型的三维坐标转换为二维屏幕坐标，以确定物体在屏幕上的位置。
投影计算则采用透视投影或正交投影的方式，将三维模型投影到二维平面上。
透视投影基于观察者与物体之间的距离来决定物体在屏幕上的大小和位置，而正交投影则忽略观察者和物体之间的距离，将物体投影到一个平面上。
完成几何变换和投影计算后，就可以开始渲染物体了。
渲染过程中，根据光源的位置和物体的材质属性，计算出每个三角形上的颜色和亮度。
最后，将渲染结果输出到屏幕上，以呈现出三维效果。
总结来说，3D投影原理是通过计算机图形学中的几何变换、投影计算和光线渲染等步骤，将三维模型投影到平面上，以呈现出逼真的立体效果。
它基于观察者和光源的位置，模拟真实世界中的视觉和光照原理。
《计算机图形学》练习试题及参考答案(六)
《计算机图形学》练习试题及答案一、名词解释1、齐次坐标系2、光顺性3、种子填充算法4、镜面反射光5、投影变换6、光线跟踪7、复合变换8、走样9、几何造型技术10、虚拟现实二、简答题1、前截面距离F和后截面距离B定义了什么？2、计算机动画的制作主要步骤3、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？4、图形软件主语言的选择应考虑哪些因素？5、制定CGI,CGM,IGES标准的目的分别是什么？6、自由曲面的表示通常有哪两种？7、什么叫做走样？什么叫做反走样？反走样技术包括那些？8、简述区域连贯性、扫描线的连贯性以及边的连贯性。
9、简述Bezier曲线的不足之处。
10、建立图形软件可采用哪三种方法？11、在观察空间中，如何确定投影的类型和方向？12、简述编码裁剪法（即Cohen-Sutherland线段裁剪法）的算法过程。
三、应用题1、分析边标志算法的实现过程，并写出其算法的C语言描述。
2、简述深度缓存算法及其特点。
3、假设在观察坐标系下窗口区的左下角坐标为（wxl=10,wyb=10）,右上角坐标为（wxr=50，wyt=50）。
设备坐标系中视区的左下角坐标为（vxl=10,vyb=30）,右上角坐标为（vxr=50,vyt=90）。
已知在窗口内有一点p(20,30),要将点p映射到视区内的点p`,请问p`点在设备坐标系中的坐标是多少？（本题10分）4、如下表是采用DDA算法画出（0，0）到（5，2）的直线的数据，请填写空格处。
i xi yi yi+0.5 int(yi+0.5)1 0 0 0.5 02 13 24 35 46 5 2 2.5 25、已知三角形ABC各顶点的坐标A(1,2)、B(5,2)、C(3,5)，相对直线Y=4做对称变换后到达A’、B’、C’。
试计算A’、B’、C’的坐标值。
（要求用齐次坐标进行变换，列出变换矩阵）6、试对下图中的多边形进行裁剪，用图表示裁剪过程。
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。
立体几何体的投影与旋转计算
立体几何体的投影与旋转计算立体几何体在三维空间中存在各种各样的形状和结构，对于这些几何体的研究和计算对于建筑设计、机械制造、计算机图形学等领域具有重要意义。
其中，投影和旋转计算是我们常见的几何体分析方法之一。
本文将探讨立体几何体的投影与旋转计算的原理和应用。
一、立体几何体的投影计算立体几何体的投影是指将三维空间中的立体几何体映射到二维平面上的过程。
投影可以分为平行投影和透视投影两种。
1. 平行投影平行投影是指当光源远离物体时，光线基本是平行的，从而产生的投影方式。
平行投影的特点是投影物体的大小和形状不会随着距离的变化而发生变化。
投影几何体的形状可以通过平行与投影平面的截面来表示。
在计算平行投影时，可以利用向量的投影计算方法来求解。
2. 透视投影透视投影是指当光源接近物体时，光线会从不同的角度射向物体，产生形变和大小变化的投影方式。
透视投影在视觉上更加贴近真实世界的观察方式，常用于三维场景的渲染和建模。
在计算透视投影时，可以利用矩阵变换来实现。
二、立体几何体的旋转计算旋转是指在三维空间中沿着某个轴进行的转动操作。
立体几何体的旋转计算可以通过线性代数中的旋转矩阵来实现。
对于一个给定的几何体，我们可以通过旋转操作来改变它的姿态和位置。
1. 旋转矩阵表示旋转矩阵是一个三维矩阵，用于描述绕某个轴旋转的变换。
以三维空间中的一个点为例，对于绕x轴旋转θ角度的变换，其旋转矩阵可以表示为：[1 0 00 cosθ -sinθ0 sinθ cosθ]其中，cosθ和sinθ分别表示角度θ的余弦和正弦。
通过将旋转矩阵与几何体的坐标向量相乘，可以实现对几何体的旋转操作。
2. 旋转计算方法旋转计算的关键是确定旋转轴和旋转角度。
常见的旋转操作有绕x 轴、y轴和z轴旋转。
对于一个给定的几何体，我们可以通过以下步骤进行旋转计算：（1）确定旋转轴和旋转角度；（2）根据旋转轴和旋转角度构造旋转矩阵；（3）将几何体的坐标向量与旋转矩阵相乘，得到旋转后的坐标。
计算机图形学第二版课后习题答案
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）习题答案习题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）。
计算机形学中的几何变换与投影算法基础
计算机形学中的几何变换与投影算法基础在计算机图形学中，几何变换与投影算法是实现三维对象表示、变换和可视化的基础。
通过对三维空间中的对象进行变换和投影，可以将其呈现在二维平面上，从而实现更直观的可视化效果。
本文将介绍计算机形学中的几何变换和投影算法的基本概念和应用。
一、几何变换几何变换是指通过对三维对象进行平移、旋转、缩放等操作，改变其在空间中的位置和形状。
在计算机图形学中，常用的几何变换包括平移、旋转、缩放和剪切。
1. 平移平移是指将对象沿着指定方向移动一定的距离。
在计算机图形学中，平移变换可以通过将对象的每个顶点坐标增加一个平移向量来实现。
平移变换公式如下：[x'] = [1 0 0 tx] [x][y'] [0 1 0 ty] [y][z'] [0 0 1 tz] [z][1 ] [0 0 0 1] [1]其中，(tx, ty, tz)表示平移向量。
通过对对象的每个顶点应用上述变换矩阵，可以实现平移效果。
2. 旋转旋转是指将对象绕指定轴进行旋转。
在计算机图形学中，常用的旋转有绕X轴、Y轴和Z轴旋转。
旋转变换可以通过将对象的每个顶点坐标乘以一个旋转矩阵来实现。
旋转变换矩阵的形式如下：[x'] = [1 0 0 0] [x][y'] [0 cosθ -sinθ 0] [y][z'] [0 sinθ cosθ 0] [z][1 ] [0 0 0 1] [1]其中，θ表示旋转角度。
通过对对象的每个顶点应用上述变换矩阵，可以实现旋转效果。
3. 缩放缩放是指改变对象的尺寸大小。
在计算机图形学中，缩放变换可以通过将对象的每个顶点坐标乘以一个缩放因子来实现。
缩放因子分别作用于X、Y和Z轴的坐标，从而改变对象在各个轴上的尺寸。
缩放变换公式如下：[x'] = [sx 0 0 0] [x][y'] [0 sy 0 0] [y][z'] [0 0 sz 0] [z][1 ] [0 0 0 1] [1]其中，(sx, sy, sz)表示缩放因子。
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计算机形学中的几何变换与投影技术计算机形学是计算机科学与计算机图形学中重要的一个领域，它研
究如何在计算机上对图形进行表示、创建、编辑和呈现。
其中，几何
变换和投影技术是计算机形学中常用且核心的技术之一，它们在计算
机图形学领域中被广泛应用。
一、几何变换
在计算机图形学中，几何变换是指对图形进行平移、旋转、缩放和
扭曲等操作，从而改变图形的位置、形状和大小，以满足特定需求。
1. 平移变换
平移变换是对图形进行沿着指定方向和距离的移动。
在二维空间中，平移变换可以表示为：
x' = x + dx
y' = y + dy
其中，(x', y')是平移后的坐标，(x, y)是原始坐标，(dx, dy)是平移的
向量。
2. 旋转变换
旋转变换是对图形进行绕指定点或绕原点的旋转操作。
在二维空间中，旋转变换可以表示为：
x' = x * cosθ - y * sinθ
y' = x * sinθ + y * cosθ
其中，(x', y')是旋转后的坐标，(x, y)是原始坐标，θ是旋转角度。
3. 缩放变换
缩放变换是对图形进行放大或缩小的操作。
在二维空间中，缩放变换可以表示为：
x' = x * sx
y' = y * sy
其中，(x', y')是缩放后的坐标，(x, y)是原始坐标，(sx, sy)是缩放因子。
4. 扭曲变换
扭曲变换是对图形进行形状的变换，使得某些部分被拉伸或收缩。
扭曲变换可以通过矩阵运算进行表示，具体操作较为复杂。
二、投影技术
在计算机图形学中，投影技术是指将三维空间中的图形映射到二维平面上的过程。
常见的投影技术包括平行投影和透视投影。
1. 平行投影
平行投影是一种保持图形中平行线在投影后保持平行的投影方式。
在三维空间中，平行投影可以表示为：
x' = x
y' = y
其中，(x', y')是投影平面上的坐标，(x, y)是三维空间中的坐标。
2. 透视投影
透视投影是一种利用物体与观察者之间的位置关系进行的投影方式，使得远处的物体比近处的物体显得更小。
在三维空间中，透视投影可
以表示为：
x' = x * (d / (d - z))
y' = y * (d / (d - z))
其中，(x', y')是投影平面上的坐标，(x, y, z)是三维空间中的坐标，d
是观察者与投影平面之间的距离。
总结：
几何变换和投影技术在计算机形学中扮演着重要的角色。
通过几何
变换，可以对图形进行平移、旋转、缩放和扭曲等操作，从而改变图
形的位置、形状和大小。
投影技术则可以将三维空间中的图形映射到
二维平面上，以实现逼真的图像呈现。
这些技术的应用广泛，涉及到
计算机图形学、计算机游戏开发、虚拟现实等众多领域。
因此，几何
变换与投影技术的研究和应用对计算机形学的发展具有重要意义。