最新计算机图形学基础
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重点整理
计算机图形学基础知识重点整理一、图形学的概念计算机图形学简单来说，就是让计算机去生成、处理和显示图形的学科。
它就像是一个魔法世界，把一堆枯燥的数字和代码变成我们眼睛能看到的超酷图形。
你看那些超炫的3D游戏里的场景、超逼真的动画电影，那可都是计算机图形学的功劳。
这个学科就是想办法让计算机理解图形，然后把图形按照我们想要的样子呈现出来。
二、图形的表示1. 点点是图形里最基本的元素啦。
就像盖房子的小砖头一样，很多个点组合起来就能变成各种图形。
一个点在计算机里就是用坐标来表示的，就像我们在地图上找一个地方，用经度和纬度一样，计算机里的点就是用x和y坐标（如果是3D图形的话，还有z坐标呢）来确定它在空间里的位置。
2. 线有了点，就能连成线啦。
线有各种各样的类型，直线是最简单的，它的方程可以用我们学过的数学知识来表示。
比如说斜截式y = kx + b，这里的k就是斜率，b就是截距。
还有曲线呢，像抛物线、双曲线之类的，在图形学里也经常用到。
这些曲线的表示方法可能会复杂一点，但也很有趣哦。
3. 面好多线围起来就形成了面啦。
面在3D图形里特别重要，因为很多3D物体都是由好多面组成的。
比如说一个正方体，就有六个面。
面的表示方法也有不少，像多边形表示法，就是用好多条边来围成一个面。
三、图形变换1. 平移平移就是把图形在空间里挪个位置。
这就像我们把桌子从房间的这头搬到那头一样。
在计算机里，平移一个图形就是把它每个点的坐标都加上或者减去一个固定的值。
比如说把一个点(x,y)向右平移3个单位，向上平移2个单位，那这个点就变成(x + 3,y + 2)啦。
2. 旋转旋转就更有意思啦。
想象一下把一个图形像陀螺一样转起来。
在计算机里旋转图形，需要根据旋转的角度和旋转中心来计算每个点新的坐标。
这就得用到一些三角函数的知识啦，不过也不难理解。
比如说以原点为中心，把一个点(x,y)逆时针旋转θ度，新的坐标就可以通过一些公式计算出来。
3. 缩放缩放就是把图形变大或者变小。
2024版计算机图形学基础
01计算机图形学概述Chapter计算机图形学的定义与发展定义发展历程影视特效游戏开发工业设计建筑设计虚拟现实计算机科学数学物理学美学02图形显示原理与设备Chapter光栅扫描显示原理矢量扫描显示原理三维图形显示原理030201阴极射线管显示器（CRT）01液晶显示器（LCD）02等离子显示器（PDP）0301020304分辨率色域覆盖率刷新率对比度和亮度图形显示设备的性能指标03基本图形生成算法Chapter直线的生成算法DDA算法通过计算直线上的每一个点的坐标来生成直线，适用于任意斜率的直线。
Bresenham算法通过决策参数的选择，在每一步选择离理想直线最近的像素点，适用于斜率在0到1之间的直线。
中点画线法通过计算直线与像素网格的交点，选择离交点最近的像素点，适用于任意斜率的直线。
圆的生成算法八分法中点画圆法Bresenham画圆法其他基本图形的生成算法椭圆的生成算法01多边形的生成算法02曲线的生成算法0304图形变换与裁剪Chapter01020304将图形在平面上沿某一方向移动一定的距离，不改变图形的形状和大小。
平移变换将图形绕某一点旋转一定的角度，不改变图形的形状和大小。
旋转变换将图形在某一方向上按比例放大或缩小，不改变图形的形状。
缩放变换将图形关于某一直线或点进行对称，得到一个新的图形。
对称变换将三维物体在空间中沿某一方向移动一定的距离，不改变物体的形状和大小。
将三维物体绕某一轴旋转一定的角度，不改变物体的形状和大小。
将三维物体在某一方向上按比例放大或缩小，不改变物体的形状。
将三维物体关于某一平面进行对称，得到一个新的物体。
平移变换旋转变换缩放变换对称变换图形裁剪算法Cohen-Sutherland裁剪算法通过计算直线与裁剪窗口边界的交点，将直线裁剪到窗口内。
Liang-Barsky裁剪算法通过参数化直线方程，利用参数的范围来判断直线与裁剪窗口的相交情况，并进行裁剪。
Weiler-Atherton裁剪算法适用于多边形裁剪，通过求多边形与裁剪窗口的交点，将多边形裁剪到窗口内。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理
嘿，小伙伴们！你们知道吗？在我们生活的世界里，无论是游戏、电影还是软件界面，背后都离不开一个神奇的技术——计算机图形学。
那接下来，就让我来给你们讲讲这计算机图形学里的那些基础知识吧！
想象一下，咱们每天用电脑画画、玩游戏，那些绚丽的画面是怎么来的呢？其实啊，这背后可是有大学问的。
先说说最基础的——像素吧！
像素，就像咱们画画时用的小格子一样，每个小格子都有一个颜色和亮度。
你知道吗？在电脑上，一张图片就是由成千上万个这样的像素组成的！咱们平时用手机拍照片，其实也就是在捕捉这些像素的信息呢。
再来谈谈图形的显示原理。
电脑里的图形，其实是数字信号转变成我们可以看到的样子。
举个例子吧，当你在游戏里建了一座房子，你的电脑其实是先算出一大堆数字，然后再把数字转换成我们能看到的图像哦！
咱们再来聊聊三维图形吧！是不是觉得电影里的3D效果特别震撼？那可是因为计算机能算出很多个不同角度的图像，然后快速切换，咱们的眼睛就感觉是立体的啦！这就像咱们小时候搭积木，从不同的角度看，形状都会变呢。
当然啦，要想玩转计算机图形学，光知道这些还不够哦。
还有像算法、颜色理论、图形处理等等的知识等着我们去学习呢。
不过别担心，只要咱们有兴趣，慢慢学，总有一天能成为图形学的小达人！
怎么样？听完我的介绍，是不是对计算机图形学产生了浓厚的兴趣呢？那就让我们一起努力，去探索这个充满无限可能的领域吧！期待我们都能在计算机图形学的世界里大放异彩！
你看，现在咱们对计算机图形学是不是有了个大概的了解呢？其实啊，这只是一个开始哦！还有很多有趣的知识等着我们去发掘呢。
所以啊，大家一定要保持好奇心和热情哦！加油！。
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。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理一、图形学基础知识1、图形学的定义：图形学是一门研究图形的计算机科学，它研究如何使用计算机来生成、处理和显示图形。
2、图形学的应用：图形学的应用非常广泛，它可以用于计算机游戏、虚拟现实、图形用户界面、图形设计、图形处理、图形建模、图形分析等。
3、图形学的基本概念：图形学的基本概念包括图形、坐标系、变换、光照、纹理、投影、深度缓冲、抗锯齿等。
4、图形学的基本算法：图形学的基本算法包括几何变换、光照计算、纹理映射、投影变换、深度缓冲、抗锯齿等。
5、图形学的基本技术：图形学的基本技术包括OpenGL、DirectX、OpenCL、CUDA、OpenGL ES等。
二、图形学的基本原理1、坐标系：坐标系是图形学中最基本的概念，它是一种用来表示空间位置的系统，它由一系列的坐标轴组成，每个坐标轴都有一个坐标值，这些坐标值可以用来表示一个点在空间中的位置。
2、变换：变换是图形学中最重要的概念，它指的是将一个图形从一个坐标系变换到另一个坐标系的过程。
变换可以分为几何变换和光照变换，几何变换包括平移、旋转、缩放等，光照变换包括颜色变换、照明变换等。
3、光照：光照是图形学中最重要的概念，它指的是将光照投射到物体表面，从而产生颜色和纹理的过程。
光照可以分为环境光照、漫反射光照和镜面反射光照。
4、纹理：纹理是图形学中最重要的概念，它指的是将一张图片映射到物体表面，从而产生纹理的过程。
纹理可以分为纹理映射、纹理坐标变换、纹理过滤等。
5、投影：投影是图形学中最重要的概念，它指的是将一个三维图形投射到二维屏幕上的过程。
投影可以分为正交投影和透视投影，正交投影是将三维图形投射到二维屏幕上的过程，而透视投影是将三维图形投射到二维屏幕上，从而产生透视效果的过程。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理话说啊，你知道吗？计算机图形学可是个挺有意思的领域！今天我就来给你简单说一说这计算机图形学里头的几个基础知识点，让大家都能对它有个大概的了解。
想想咱们每天看的动画片，或者是手机里的各种动态图片，这些是不是都得靠计算机图形学技术呢？那它到底是怎么一回事儿呢？一、什么是计算机图形学？先别急，让我给你举个例子吧。
比如你正在玩一个游戏，突然看到了一片绿油油的草地。
这可不是真的草地哦，而是计算机图形学的大作！它就像是个魔法师，把各种形状、颜色和纹理组合起来，让我们看到了这些超酷炫的画面。
二、图形学的工具小伙伴们说起这个图形学啊，少不了那些帮我们画出漂亮图形的工具。
你知道吗？比如我们经常听说的“图形处理器”，也就是GPU，还有各种图形处理软件，它们都是计算机图形学的得力助手。
它们一起合作，就能画出超逼真的画面啦！三、我们怎么和图形“交流”呢？哎，说到这你就懂啦！其实就是靠我们输入的指令嘛。
比如你想让一个游戏角色动起来，就得通过键盘鼠标告诉电脑：“嘿，这里有个指令，你让这个角色跳一下。
”电脑收到指令后，就会通过图形学技术把这个动作呈现出来啦！四、现实生活中的小应用其实啊，计算机图形学在我们生活中可不止是游戏和动画那么简单哦！比如咱们去电影院看电影时看到的3D效果，还有设计软件的运用等等，都离不开图形学的技术呢！好了好了，今天就先跟大家分享到这里啦！希望大家通过这个小小的讲解，能对计算机图形学有个初步的了解。
说起来嘛，这个领域可真是有趣又充满无限可能呢！你呢？是不是也觉得它特别神奇呀？那么，你对计算机图形学感兴趣吗？是不是也像我一样觉得它特别酷呢？其实啊，无论是学习还是工作，掌握一点计算机图形学知识都能让我们更加得心应手哦！好啦好啦，今天就先聊到这里吧！下次再跟大家分享更多有趣的知识点啦！记得关注我哦~。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理一、图形学基本概念1. 图形学是啥呢？它就像是一个魔法世界，研究怎么在计算机里表示图形，然后对这些图形进行各种操作。
比如说，我们玩的那些超酷炫的游戏，里面的人物、场景都是通过计算机图形学搞出来的。
2. 图形在计算机里可不是随便存着的哦。
有矢量图形，就像我们数学里的向量一样，用数学公式来描述图形的形状、颜色等信息。
还有光栅图形，这个就和屏幕上的像素点有关啦，它是把图形表示成一个个小格子（像素）的组合。
二、图形的变换1. 平移是最基础的啦。
就好比你在一个平面上把一个图形从一个地方挪到另一个地方，很简单对吧。
比如一个三角形，从左边移到右边，它的每个顶点的坐标都按照一定的规则发生变化。
2. 旋转也很有趣。
想象一下把一个正方形绕着一个点转圈圈。
在计算机里，要根据旋转的角度，通过数学公式来计算图形每个点旋转后的新坐标。
这就像我们小时候玩的陀螺，不停地转呀转。
3. 缩放就更直观了。
把一个小图形变大或者把一个大图形变小。
不过要注意哦，缩放的时候可不能让图形变得奇奇怪怪的，得保持它的形状比例之类的。
三、颜色模型1. RGB模型是最常见的啦。
红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue），这三种颜色就像三个小魔法师，通过不同的组合可以创造出各种各样的颜色。
就像我们画画的时候，混合不同颜色的颜料一样。
2. CMYK模型呢，主要是用在印刷方面的。
青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）、黑（Black），这几种颜色的混合可以印出我们看到的书本、海报上的各种颜色。
四、三维图形学1. 在三维图形学里，多了一个维度，事情就变得更复杂也更有趣啦。
我们要考虑物体的深度、透视等。
比如说，我们看远处的山，它看起来就比近处的树小很多，这就是透视的效果。
2. 三维建模是个很厉害的技能。
可以通过各种软件来创建三维的物体，像做一个超级逼真的汽车模型，从车身的曲线到车轮的纹理，都要精心打造。
五、图形渲染1. 渲染就像是给图形穿上漂亮衣服的过程。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理一、定义与研究内容定义：计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。
它涉及图形的生成、表示、处理与显示等多个方面。
研究内容：图形的生成和表示技术。
图形的操作与处理方法。
图形输出设备与输出技术的研究。
图形输入设备、交互技术及用户接口技术的研究。
图形信息的数据结构及存储、检索方法。
几何模型构造技术。
动画技术。
图形软硬件的系列化、模块化和标准化的研究。
科学计算的可视化。
二、图形与图像图形：是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。
图形的构成要素包括几何要素 （点、线、面、体等）和非几何要素 （颜色、材质等）。
图形按数学方法定义，由线条和曲线组成，强调场景的几何表示。
图像：狭义上又称为点阵图或位图图像，是指整个显示平面以二维矩阵表示，矩阵的每一点称为一个像素，由像素点所取亮度或颜色值不同所构成的二维画面。
图像在表现色彩、色调方面的效果比矢量图更加优越，但文件所占的空间大，且放大到一定的倍数后会产生锯齿。
三、图形学过程3D几何建模：构建物体的三维几何模型。
3D动画设置：为模型设置动画效果。
绘制：包括光照和纹理的处理，使模型更加逼真。
生成图像的存储和显示：将绘制好的图像存储并在显示设备上显示出来。
四、计算机图形系统基本功能：计算、存储、输入、输出、对话等五个方面。
构成：主要由人、图形软件包、图形硬件设备三部分构成。
其中，图像硬件设备通常由图形处理器 （GPU）、图形输入设备和输出设备构成。
五、基本图形生成算法1. 直线生成算法：DDA算法：从直线的起点开始，每次在x或y方向上递增一个单位步长，计算相应的y或x坐标，并取整作为当前点的坐标。
该算法简单直接，但每次加法后都需要进行取整运算。
Bresenham算法：通过比较临近像素点到直线的距离，设法求出该距离的递推关系，并根据符号判别像素取舍。
该算法避免了浮点运算和乘除法运算，节省运算量，并适合硬件实现。
计算机图形学的基础和应用
计算机图形学的基础和应用计算机图形学是指利用计算机来处理和生成图像的学科。
它是计算机科学的一个重要分支领域，也是多个行业的重要应用之一。
计算机图形学的基础点主要包括: 算法、数据结构、线性代数和几何基础、图形学渲染、计算机视觉等。
而计算机图形学的应用范围却非常广泛，主要包括电影、游戏、建筑、逆向工程、医学等领域。
一、计算机图形学的基础1. 算法计算机图形学的算法主要分为两个方面：在计算机内部绘制图像的算法以及从外部数据得到模型的算法。
前者有数据结构、扫描线算法、射线追踪、阴影、光照、纹理映射等，后者包括骨骼动画、目标追踪和形状重建等算法。
这些算法的基本原理来源于大量的数学和物理学知识，同时需要基于计算机技术进行优化实现。
2. 数据结构计算机图形学中的数据结构主要包括树、网格结构和点云三种。
其中网格结构和点云通常是三维多边形模型的数据承载方式，树则主要用于建立场景图等数据结构。
每种数据结构都具有自己的优势和局限性，这需要根据具体应用场景进行选择。
3. 线性代数和几何基础计算机图形学中，线性代数和几何基础是非常重要的理论基础。
在图形学的应用中，通常需要进行向量和矩阵的计算，并利用几何理论去解决许多问题。
例如，在渲染过程中需要对于光线和交点进行计算，采用线性代数方法可以快速实现。
4. 图形学渲染图形学渲染是计算机图形学的重要子领域，常被用在电影和游戏制作中。
计算机图形学的渲染方式分为四类：光线追踪、栅格化绘制、体绘制和可编程渲染管线。
光线追踪渲染可以模拟光线的传播过程，且能够计算真实的光照效果。
实际上，这种渲染方式是一种“暴力”的方式，需要在计算机上运行庞大的计算量。
栅格化绘制则是采用直接面绘制，常被用于二维和三维场景的渲染。
可编程管线渲染则是当前最流行的渲染方式，其开发程度非常高。
而体绘制则尚处于发展初期，其主要应用于医学成像领域。
5. 计算机视觉计算机视觉是计算机图形学的重要子领域之一，主要研究计算机能够通过图像或视频获取和识别包括物体、人物、场景在内的视觉信息。
计算机图形学基础知识重点整理
目录一、图形表示与构成 (3)（一）构成要素 (3)（二）计算机表示 (3)二、图形处理流程 (3)（一）应用阶段 (3)（二）几何阶段 (3)（三）光栅化阶段 (3)（四）输出合并阶段 (3)三、与图像处理的关系 (4)（一）计算机图形学 (4)（二）图像处理 (4)（三）相互交融 (4)四、图形扫描转换 (4)（一）直线扫描转换 (4)（二）圆扫描转换 (4)（三）椭圆扫描转换与线宽处理 (4)五、计算机图形系统功能 (4)（一）计算功能 (4)（二）存储功能 (4)（三）输入功能 (5)（四）输出功能 (5)（五）对话功能 (5)六、坐标系 (5)（一）世界坐标系 (5)（二）建模坐标系（局部坐标系） (5)（三）观察坐标系 (5)（四）设备坐标系 (5)（五）标准化坐标系 (5)（六）笛卡尔坐标系 (5)（七）齐次坐标系 (5)（八）自动驾驶领域坐标系 (6)七、图形的几何变换 (6)1. 基本变换类型 (6)2. 变换矩阵表示 (6)八、光照模型与渲染技术 (6)1. 光照模型分类 (6)2. 渲染技术概述 (6)九、图形裁剪与消隐 (6)1. 图形裁剪算法 (6)2. 消隐技术 (7)十、可见性判定与遮挡处理 (7)1. 可见性判定算法 (7)2. 遮挡处理方法 (7)十一、图形硬件加速技术 (8)1. 图形处理单元（GPU）原理 (8)2. 硬件加速技术应用 (8)十二、计算机图形学的应用领域 (8)1. 游戏开发 (8)2. 影视特效制作 (9)3. 虚拟现实（VR）与增强现实（AR） (9)4. 计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM） (9)5. 科学可视化 (9)十三、计算机图形学的发展趋势 (9)1. 实时全局光照与物理模拟 (9)2. 人工智能与计算机图形学的融合 (10)3. 虚拟现实与增强现实的拓展 (10)4. 多学科交叉与创新应用 (10)十四、图形交互技术 (10)1. 手势识别与交互 (10)2. 语音交互与图形系统 (10)3. 眼动追踪与图形交互 (11)十五、图形压缩与传输技术 (11)1. 图形压缩算法分类 (11)2. 图形数据传输优化 (11)十六、图形学中的性能优化策略 (12)1. 算法优化 (12)2. 数据结构优化 (12)3. 多线程与并行计算优化 (12)十七、计算机图形学中的艺术与审美 (12)1. 图形设计原则 (12)2. 色彩理论在图形学中的应用 (13)3. 创意与灵感来源 (13)十八、三维模型的构建与优化 (13)1. 建模方法概述 (13)2. 模型优化技术 (13)十九、动画技术基础 (14)1. 关键帧动画 (14)2. 骨骼动画 (14)3. 物理动画 (15)二十、计算机图形学中的数学基础 (15)1. 线性代数基础 (15)2. 微积分基础 (15)二十一、计算机图形学中的伦理问题 (16)1. 虚假信息与误导性图形 (16)2. 隐私侵犯与数据安全 (16)二十二、新兴技术对计算机图形学的影响 (16)1. 量子计算与图形学 (16)2. 深度学习与图形生成 (17)3. 虚拟现实与增强现实技术的新进展 (17)二十三、计算机图形学在不同行业中的实践案例 (17)1. 影视特效行业 (17)2. 游戏开发行业 (18)3. 建筑设计行业 (18)4. 汽车设计行业 (18)二十四、计算机图形学学习资源与学习方法建议 (19)1. 学习资源推荐 (19)2. 学习方法建议 (19)计算机图形学基础知识重点整理一、图形表示与构成（一）构成要素·图形是客观事物的抽象呈现，包含几何与非几何信息。
计算机图形学的基础知识和应用
计算机图形学的基础知识和应用计算机图形学是一门研究如何利用计算机生成、显示和操纵图像的学科。
它涉及到很多数学、物理和算法等领域的知识。
在如今信息技术飞速发展的时代，计算机图形学的应用越来越广泛，不仅成为了数字娱乐、虚拟现实等领域的基石，也在医学、工业设计等领域发挥着重要作用。
一、计算机图形学的基础知识1.1 像素和分辨率像素是计算机图像的最基本单元，它是图像中最小的可操作元素。
而分辨率则是指图像的横纵向像素数目，决定了图像的精细程度。
较高的分辨率可以呈现更多的细节，但同时也会增加存储和处理图像所需要的资源。
1.2 图像编码和压缩图像编码是一种将图像转换为数字数据的过程，常用的编码方式有JPEG、PNG等。
编码后的图像可以在计算机中进行存储和传输。
而图像压缩则是指通过一些算法减少图像文件的大小，以节省存储空间和提高传输效率。
1.3 二维图形和矢量图形二维图形是由像素组成的，它表示了一个平面上的各种形状，如线段、多边形等。
二维图形的操作包括平移、旋转、缩放等。
而矢量图形则是通过数学公式描述的图形，它可以无损地进行放大和缩小，不会失真。
1.4 三维图形和渲染三维图形是由点、线和面构成的，它模拟了真实世界中的物体。
渲染则是指对三维图形进行光照、阴影等处理，以获取逼真的效果。
常用的渲染算法有光线追踪和光栅化等。
二、计算机图形学的应用2.1 数字娱乐计算机图形学在电影、电视剧等影视制作中发挥了重要作用。
通过计算机生成的特效和动画，可以实现很多现实世界中无法实现的场景。
例如，在好莱坞大片《阿凡达》中，计算机图形学技术创造了一个逼真的虚拟世界，并以此展示了华丽的视觉效果。
2.2 三维建模与工业设计计算机图形学在工业设计领域的应用越来越广泛。
通过三维建模软件，设计师可以将自己的创意快速转化为物体的虚拟模型，并通过渲染算法生成真实感十足的效果图。
这不仅减少了传统手工建模的时间和成本，还提高了设计的效率。
2.3 虚拟现实虚拟现实技术是计算机图形学应用的重要领域之一。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理1.计算机图形学是研究和开发用于创建、处理和显示图像的计算机技术领域。
它涵盖了图像生成、图像处理、图像显示等方面的知识。
本文将重点整理计算机图形学的基础知识，包括基本概念、图形编程、图像处理等内容。
2. 基本概念2.1 图形学基本概念•点：图形学中最基本的元素，用于构建图形对象。
•线段：由两个点连接而成，是构建更复杂图形的基础。
•多边形：由多个线段连接而成，可以构建更为复杂的图形。
•直线方程与曲线方程：描述线段和曲线的数学表达式。
•三角形：最简单的多边形，广泛应用于计算机图形学中。
•二维坐标系：用于描述图形位置的平面坐标系。
•三维坐标系：用于描述图形位置的立体坐标系。
2.2 图形学算法与技术•光栅化：将连续曲线或曲面转化为离散像素的过程。
•扫描线算法：用于处理复杂图形填充的算法。
•边缘检测：用于检测图像中的边缘信息。
•图像变换：包括平移、旋转、缩放等操作，用于对图形进行变换和处理。
•隐式曲线：用一种隐含的方式表达的曲线或曲面。
•着色模型：用于给图形上色的模型，如灰度模型、RGB模型等。
3. 图形编程3.1 图形编程环境•OpenGL：跨平台的图形编程接口，支持高性能图形渲染。
•DirectX：微软开发的多媒体编程接口，专注于游戏图形渲染。
•WebGL：基于Web标准的图形编程接口，用于在浏览器中渲染图形。
3.2 图形渲染流程•顶点处理：对图形中的顶点进行变换和处理。
•图元装配：将顶点组装成基本图元，如线段、三角形等。
•光栅化：将基本图元转化为像素点。
•片元处理：对每个像素点进行颜色计算。
3.3 图形效果实现•光照模型：用于模拟光照效果的算法。
•材质：描述图形的表面特性，如光滑、粗糙等。
•纹理映射：将二维纹理贴到三维图形表面的过程。
•反射与折射：模拟物体表面的反射和折射效果。
4. 图像处理4.1 基本图像处理操作•图像读取与保存：从文件中读取图像数据并保存处理结果。
•图像分辨率调整：改变图像的大小和分辨率。
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。
计算机图形学基础知识点总结
计算机图形学基础知识点总结计算机图形学是一门研究如何利用计算机生成、处理和显示图形的学科。
它在许多领域都有着广泛的应用，如游戏开发、动画制作、虚拟现实、计算机辅助设计等。
下面将为大家总结一些计算机图形学的基础知识点。
一、图形的表示与存储1、位图（Bitmap）位图是由像素组成的图像，每个像素都有自己的颜色值。
优点是能够表现丰富的色彩和细节，但放大时会出现锯齿和失真。
常见的位图格式有 BMP、JPEG、PNG 等。
2、矢量图（Vector Graphics）矢量图使用数学公式来描述图形，由点、线、面等几何元素组成。
优点是无论放大或缩小都不会失真，文件大小相对较小。
常见的矢量图格式有 SVG、EPS 等。
二、坐标系统1、二维坐标系统常见的二维坐标系统有直角坐标系和极坐标系。
在直角坐标系中，通过横纵坐标（x, y）来确定点的位置。
在极坐标系中，通过极径和极角（r, θ）来确定点的位置。
2、三维坐标系统三维坐标系统通常使用笛卡尔坐标系，由 x、y、z 三个轴组成。
点的位置用（x, y, z）表示，用于描述三维空间中的物体。
三、图形变换1、平移（Translation）将图形沿着指定的方向移动一定的距离。
在二维中，通过改变坐标值实现平移；在三维中，需要同时改变三个坐标值。
2、旋转（Rotation）围绕某个中心点或轴旋转图形。
二维旋转可以通过三角函数计算新的坐标值；三维旋转较为复杂，需要使用矩阵运算。
3、缩放（Scaling）放大或缩小图形。
可以对图形在各个方向上进行均匀或非均匀的缩放。
四、颜色模型1、 RGB 颜色模型基于红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）三原色的混合来表示颜色。
每个颜色通道的取值范围通常是 0 到 255。
2、 CMYK 颜色模型用于印刷，由青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）和黑（Black）四种颜色组成。
3、 HSV 颜色模型由色调（Hue）、饱和度（Saturation）和明度（Value）来描述颜色。
计算机图形学基础知识
计算机图形学基础知识一、引言计算机图形学是一门研究如何生成、编辑、存储和呈现计算机图形的学科。
它是计算机科学与图形学的交叉学科，涉及到许多数学、物理和计算机科学的知识。
本文将从几个方面介绍计算机图形学的基础知识。
二、光栅化与三角剖分光栅化是计算机图形学中重要的概念之一，它是将连续的几何图形转化为离散的像素点的过程。
通过光栅化，计算机可以将图像分割为一个个像素点并为其赋予颜色值，实现图像的显示。
而三角剖分是将复杂的几何形状分解为若干个三角形的过程，这样便于进行图像处理和计算。
三、坐标系统与变换操作在计算机图形学中，坐标系统指定了几何对象的位置和方向，常用的坐标系统包括笛卡尔坐标系和极坐标系。
变换操作可以改变坐标系统中几何对象的位置、旋转和缩放，常见的变换操作包括平移、旋转和缩放。
这些变换操作为构建虚拟世界提供了强大的工具。
四、渲染与光照模型渲染是将几何对象转化为图像的过程，包括确定颜色、阴影和纹理等。
光照模型则是描述物体如何与光交互的数学模型，常用的光照模型有冯氏光照模型等。
通过合理的渲染和光照模型，可以使图像更加真实、逼真。
五、图形数据结构与算法图形数据结构是描述和存储几何对象的数据结构，常用的图形数据结构有点、线、多边形等。
而图形算法则是基于这些数据结构进行图形操作和计算的算法，如线段裁剪、多边形填充等。
良好的数据结构和高效的算法可以提高计算效率和图形处理的质量。
六、二维和三维图形学二维图形学是计算机图形学的基础，它关注平面上的图像处理和显示。
常见的二维图形学应用包括图像处理、字体设计和图像生成等。
而三维图形学则是在二维图形学基础上进一步发展的，它处理的是在三维空间中的对象。
三维图形学被广泛应用于虚拟现实、游戏开发和计算机辅助设计等领域。
七、计算机图形学的应用计算机图形学的应用非常广泛，它已经渗透到我们日常生活的方方面面。
比如，在手机、电视和电脑上我们常常会看到精美的图标、图像和界面设计，这都离不开计算机图形学的支持。
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与数学技术应用于图像处理和视觉表达的学科。
它涉及到计算机生成的图像、三维模型的建立和变换、图像压缩以及计算机动画等领域。
计算机图形学的发展与计算机硬件的进步和计算能力的提高有着密切的关系。
一、计算机图形学的基础1. 数学基础：几何学、线性代数、矩阵计算等数学知识是计算机图形学的基石。
通过数学方法，可以描述和处理图像和三维模型的变换、投影、光照等现象。
2. 图像处理技术：图像处理技术是计算机图形学中的一个重要组成部分。
通过对图像进行数字化处理，可以实现图像增强、滤波、分割和识别等操作。
3. 计算机绘图技术：计算机绘图技术是计算机图形学的基本技能之一。
通过使用计算机软件和硬件，可以实现图像的创作、编辑和输出。
二、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着至关重要的作用。
通过仿真技术和渲染算法，可以实现逼真的游戏场景和角色模型。
2. 建筑设计：利用计算机图形学技术，可以进行建筑模型的三维可视化设计和分析。
通过虚拟现实技术，可以让设计师和客户实时演示和交流。
3. 医学影像处理：医学影像处理是计算机图形学在医学领域的应用之一。
通过对医学影像进行处理和分析，可以辅助医生进行诊断和治疗。
4. 动画电影制作：计算机图形学是动画电影制作不可或缺的技术之一。
通过计算机生成图像和运动，可以实现逼真且精细的动画效果。
5. 虚拟现实技术：虚拟现实技术是计算机图形学的重要应用领域之一，通过计算机生成的虚拟环境，可以提供身临其境的沉浸式体验。
三、未来发展趋势1. 深度学习：深度学习技术在计算机图形学中的应用不断扩展。
通过深度学习算法，可以实现更加逼真和高效的图像生成和处理。
2. 实时渲染：随着计算机硬件的不断进步，实时渲染技术在游戏开发和虚拟现实领域的应用越来越广泛。
实时渲染可以实现更快的图像生成和交互响应。
3. 虚拟现实和增强现实：虚拟现实和增强现实技术将成为计算机图形学的重要发展方向。
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计算机科学领域中的一个重要分支，它研究如何利用计算机来生成、显示和处理图像。
在现代社会中，计算机图形学已经广泛应用于电影制作、视频游戏、虚拟现实等领域。
想要深入了解计算机图形学，首先需要掌握一些基础知识，本文将介绍计算机图形学的一些基础概念和原理。
1. 像素和分辨率在计算机图形学中，最基本的单位是像素（Pixel）。
像素是图像的最小单元，它们按照一定的规则排列在屏幕上，组成了我们看到的图像。
像素的数量决定了图像的清晰度，而图像的清晰度又与分辨率（Resolution）有关。
分辨率是指屏幕上横向和纵向像素的数量，通常用“宽×高”来表示，比如1920×1080表示屏幕的宽高分别为1920个像素和1080个像素。
2. 图像的表示计算机图形学中，图像可以使用不同的表示方式，最常见的是位图和矢量图。
位图是由像素阵列组成的图像，每个像素都有自己的颜色值。
位图适用于复杂的图像和照片，但放大时会失真。
矢量图则是使用数学公式来描述图像，可以无限放大不失真，适用于图形和文字等简单图像。
3. 图形的生成计算机图形的生成过程通常包括几个步骤：几何建模、光栅化、着色和渲染。
几何建模是指创建图形模型的过程，光栅化将几何模型转换为像素表示，着色是给像素上色以增加真实感，渲染是最终将图像显示在屏幕上的过程。
4. 光栅化算法光栅化是计算机图形学中的重要技术，它将几何模型转换为像素表示。
常用的光栅化算法包括扫描线算法、边缘标记法、光栅线性插值等。
这些算法可以高效地将几何模型转换为图像，实现了图像的显示和处理。
5. 渲染技术渲染是将图形显示在屏幕上的过程，通过光照、纹理、阴影等技术让图像看起来更加逼真。
常见的渲染技术包括光线跟踪、光栅化渲染、阴影算法等。
这些技术可以让计算机生成逼真的图像，应用于电影、游戏等领域。
总结：计算机图形学是一个非常广泛的领域，涉及到很多基础知识和技术。
本文介绍了一些计算机图形学的基础概念和原理，包括像素、分辨率、图像表示、图形生成、光栅化算法和渲染技术等内容。
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显示设备——彩色CRT
影孔板法
通常用于光栅扫描显示器中，颜色范 围广，每个像素有三个荧光点（红、 绿、蓝三基色）。
显示设备——彩色CRT
影孔板法
三支电子枪，兰影孔板紧靠荧光涂层。电子枪、影孔板 中的电一子枪个小红 孔和绿一个像素呈一荫罩直线。调节各电子枪发 生的电子束中所含电子的数目，即可控制各色光点亮 度。
LCD显示设 备的基本设 计
显示设备——图形处理器
图形处理器
图形处理器是图形系统结构的重要元件，是 连接计算机和显示终端的纽带
早期的图形处理器只包含简单的存储器和帧 缓冲区，它们实际上只起了一个图形的存 储和传递作用，一切操作都必须有CPU来 控制
现在的图形处理器不单单存储图形，而且能 完成大部分图形函数，专业的图形卡已经 具有很强的3D处理能力，大大减轻了CPU 的负担,提高了显示质量和显示速度
等离子显示板
通过将通常包含氖气的混合气体充入两 块玻璃板之间的区域而构成。一块玻璃板 上放置一系列垂直导电带，而另一块玻璃 板上构造一组水平导电带。在成对的水平 和垂直导电带上放加点火电压，导致两导 电带交叉点处的气体进入电子和离子的辉 光放电等离子区。
显示设备——其它显示器件
等离子体平 板显示设备 的基本设计
L
D α
显示设备——CRT
5、荧光屏 电子束轰击内表面荧光 涂层，发光。
显示设备——CRT
持续发光时间：（余辉时间） 扫描线
亮度值衰减到初始值的1/10 所需的时间。余辉时 间是决定产生不闪烁图形0所需刷新速率的主要因素水平。回扫 例：一种荧光物质持续发1光时间40毫秒，刷新频率 为1000/40=25帧/秒，发光2 时间短，适用于动态图 形显示。发光时间长，适3用于静态图形显示 刷新一次是指电子束从上45到下扫描一次的过程
代表：Sony的Trinitron 两大好处：一是把相互平行的垂直铁线阵形安装在一个铁框里， 垂直部分没有任何东西阻挡，增强了电子流通量，也增强了 纵向方向的透光度，透出的光线比荫罩式显像管多一倍，因 而特丽珑显像管的明亮度和颜色饱和度要比其他的显像管都 要好；二是间条式栅罩的阻碍光率十分少，长时间使用后也 不会膨胀或变形，避免发生颜色突变或亮度变弱的情况。 沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管 (未来窗) 可以得到更大的电子流通量，也使荫罩网面的受力即稳定情 况比较好。
显示设备——图形处理器
图形处理ห้องสมุดไป่ตู้的组成
显示主芯片
显卡的核心，俗称GPU，它的主要任务是对系统输 入的视频信息进行构建和渲染
显示缓存
用来存储将要显示的图形信息以及保存图形运算 的中间数据
显存的大小和速度直接影响着主芯片性能的发挥
数字模拟转换器（RAMDAC）
它的作用就是把二进制的数字转换成为和显示器 相适应的模拟信号
1、射线穿透法彩色显示技术：
荧光涂层 产生颜色
低速电子束
电子束
较低速电子束 较高速电子束
高速电子束
显示设备——彩色CRT
2、影孔板法
原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定
位像素的位置
影孔板
外层玻璃
荧光涂层
显示设备——彩色CRT
影孔板的类型
点状影孔板 代表：大多数球面与柱面显像管 栅格式影孔板
外观小巧精致，厚度只有6.5~8cm左右。 不会产生CRT那样的因为刷新频率低而出现的闪烁
现象 工作电压低，功耗小，节约能源 没有电磁辐射，对人体健康没有任何影响
显示设备——LCD
LCD基本原理
通过能阻塞或传递光的液晶材料，传递来 自周围或内部的光源的偏振光。 长晶体分子，极化。
显示设备——LCD
显示设备——其它显示器件
平板显示器
发射(emissive display),非发射(nonemissive) 发射：将电能转换为光能的设备。等离子体显示 板，薄片光电显示器，发光二极管，平板CRT. 非发射：利用光学效应，将太阳光或来自某些其 他光源的光转换为图形模式。液晶设备。
显示设备——其它显示器件
刷新频率高到一定值6后，图象才能稳定显示
垂直回扫
显示设备——CRT
分辨率： 水平和竖直方向单位长度上能识别的最大 光点数，光点一像素（pixel） CRT 常 用 分 辨 率 6 4 0 × 4 8 0 ， 1 0 2 4 × 7 6 8 ， 1024×1024，1280×1024，4096×4096。 分 辨 率 主 要 取 决 于 CRT 所 用 的 荧 光 物 质 类 型，聚焦系统和偏转系统。
显示设备——CRT
彩色CRT
射线穿透法和影孔板法
1、射线穿透法彩色显示技术：主要用于随机 扫描显示器中，基本原理：两层荧光涂层， 红色光和绿色光两种发光物质，电子束轰 击穿透荧光层的深浅，决定所产生的颜色。
特点：成本低，价格便宜，但只有四种颜色， 图形质量也较差。
显示设备——彩色CRT
彩色CRT
显示设备——LCD
LCD显示器
CRT固有的物理结构限制了它向更广的显示领 域发展
屏幕的加大必然导致显象管的加长，显示器的体 积必然要加大，在使用时候就会受到空间的限制
CRT显示器是利用电子枪发射电子束来产生图像， 容易受电磁波干扰
长期电磁辐射会对人们健康产生不良影响
显示设备——LCD
LCD显示器的优点
荧光点
屏幕 红
绿兰
显示设备——彩色CRT
影孔板法
调节各电子枪发生的电子束中所含电子的数目，即可 控制各色光点亮度。
显示设备——彩色CRT
影孔板法
廉价的彩色显示器，它的电子枪，只有开、关 两种状态，只能产生2×2×2=8种颜色。若每 个电子枪发出的电子束的强度等级有256个等 级，则显示器显示28×28×28＝16M种颜色。 （真彩色）
显示设备——图形处理器
光栅扫描显示器
电子束按固定的 扫描顺序进行扫 描N条扫描线， 每条扫描线有M 个像素，M * N显 示器的分辨率。
计算机图形学基础
四、图形设备
图形显示设备
图形输出包括图形的显示和图形的绘制， 图形显示指的是在屏幕上输出图形
图形绘制通常指把图形画在纸上，也称 硬拷贝，打印机和绘图仪是两种最常用 的硬拷贝设备
显示设备——CRT
4、偏转系统
控制电子束产生偏转。静电场或 磁场，最大偏转角（灵敏度）是 衡量系统性能的最重要的指标， 显示器长短与此有关。 灵敏度：反映了偏转信号所能产生 的偏转角度的大小。