第二章 计算机图形处理技术
计算机图形学第2章图形系统
2、荫罩式
根据屏幕上荧光点的排列不同，控制栅也就不 一样。普通的显示器一般用三角的排列方式，这 种显像管被称为荫罩式显像管。荫罩法常用于光 栅扫描系统，因为它能产生的彩色范围比电子束 穿透法宽广得多。
三色荧光屏
荫罩
三个电子枪
能显示16兆种颜色的显示系统叫做真彩色显示系统
3、荫栅式
普通的显象管采用的都是荫罩式显象管，显象管 的表面呈略微凸起的球面状，故称之为“球面管”。 荫罩式球面显示器几何失真大，而且三角形的荧光 点排列造成即使点很密很细也不会特别清晰，所以 近几年荫栅式显示器逐渐流行起来。
喷绘仪实物图
四、静电设备
静电设备沿纸的宽度方向一次一整行地置负电 荷于纸上，尔后，面对调色剂曝光。调色剂充以 正电，被吸引到充以负电的区域，从而产生指定 的输出。 静电绘图仪分辨率可达200dpi，其速度比笔绘 仪高，运行可靠，噪声小，但用纸特殊而价格昂 贵。
静电绘图仪结构图
五、电热式设备
电热式利用点阵打印头的热度，在热感应纸上输 出图案。
二、激光设备
在激光设备里，激光束把要打印的图形写在感光 鼓上，鼓再把这一图形转移到纸上。激光打印机 的主要构成部分有感光鼓、炭粉、打底电晕丝和 转移电晕丝。
激光打印机结构图
三、喷墨设备
喷墨法产生的输出，是沿包裹在鼓上的纸卷逐行 喷墨水来实现的。在高压下墨水形成墨雾，充电 荷的墨雾在电场控制下发生偏转，将墨雾喷印到 纸上。
热升华打印机
六、笔绘仪
笔绘仪有一支或多支笔安装在横跨纸的笔架或滑杆 上，各种彩色和不同粗细的笔用来绘制各种阴影和 线型。与前面几种点阵硬拷贝设备不同，笔绘仪属 于随机画线硬拷贝设备。 笔绘仪的绘图速度取决于绘图笔移动的速度和 加速度。这里，加速度和笔绘仪笔头的质量有关。
了解计算机图形处理技术
了解计算机图形处理技术计算机图形处理技术是指通过计算机软硬件设备对图形和图像进行处理、生成和显示的技术。
随着计算机技术的快速发展，图形处理技术在各个领域都发挥着重要作用。
本文将介绍计算机图形处理技术的基本原理、应用领域以及未来的发展趋势。
一、基本原理1. 图形表示计算机图形处理技术首先需要将图形和图像转化为计算机可以理解和处理的形式。
图形可以使用向量方式表示，而图像则使用位图或像素矩阵表示。
2. 图形生成图形生成是指利用计算机生成图形和图像的过程。
常用的图形生成算法有线段生成算法、多边形生成算法以及光栅化算法等。
3. 图形处理图形处理是指对图形和图像进行变换、变形、着色和纹理等处理的过程。
常见的图形处理技术有平移、旋转、缩放、镜像、填充以及渲染等操作。
4. 图形显示图形显示是指将经过处理的图形和图像在计算机屏幕上进行显示的过程。
图形显示的技术包括直接显示技术和仿真显示技术。
二、应用领域1. 游戏开发计算机图形处理技术在游戏开发领域得到广泛应用。
通过优秀的图形处理技术，游戏可以实现逼真的场景、真实的光影效果以及细致的人物动作，提供给玩家更加沉浸式的游戏体验。
2. 动画制作动画制作是计算机图形处理技术的另一个重要应用领域。
通过计算机图形处理技术，动画制作可以实现各种难以想象的场景和效果，提供给观众丰富多彩的视觉享受。
3. 广告设计在广告设计中，计算机图形处理技术可以用于创造各种精美的视觉效果，吸引消费者的注意力。
通过利用计算机图形处理技术，广告设计可以实现产品的三维展示、动态广告以及特殊效果的呈现。
4. 工业设计计算机图形处理技术在工业设计中的应用越来越广泛。
通过三维建模和渲染技术，可以实现工业产品的模拟展示和设计效果的预览，提高设计师的工作效率和设计质量。
三、发展趋势1. 虚拟现实技术虚拟现实技术是计算机图形处理技术的重要发展方向之一。
通过虚拟现实技术，人们可以身临其境地感受到虚拟世界中的场景和互动体验，应用领域包括游戏、教育、医疗等。
计算机图形处理基础
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第二章 计算机图形处理基础
2.2 基本算法 2.2.4 区域填充 2.2.4.1 单一颜色的多边形区域填充 1、多边形区域填充基本内容 多边形区域填充的基本想法是：按顺 序计算扫描线与多边形的相交区间， 然后对这些区间的象素赋上相应的颜 色。
14ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二章 计算机图形处理基础
2.2 基本算法 2.2.4 区域填充 2.2.4.1 单一颜色的多 边形区域填充 1、多边形区域填充基 本内容
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第二章 计算机图形处理基础
2.2 基本算法 2.2.4 区域填充 2.2.4.1 单一颜色的多边形区域填充 1、多边形区域填充基本内容
多边形对于一条扫描线的处理步骤为： （1）计算扫描线与多边形的交点； （2）把所有交点按x坐标递增顺序进行排序； （ 3 ）将排序的交点进行配对，确定欲填充的区间 。如第一点与第二点，第三点与第四点等。 （4）对配对区间内的象素进行相应的颜色设置。
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第二章 计算机图形处理基础
2.2 基本算法 2.2.1直线的扫描转换 3、布莱森汉姆画线法
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第二章 计算机图形处理基础
2.2 基本算法 2.2.2圆弧的扫描转换算法 1、中点画圆法
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第二章 计算机图形处理基础
2.2 基本算法 2.2.2圆弧的扫描转换算法 2、布莱森汉姆画圆法
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第二章 计算机图形处理基础
V2
M
U ( xu , y u )
W
V1
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第二章 计算机图形处理基础
2.2 基本算法 2.2.1直线的扫描转换 3、布莱森汉姆画线法 本算法与中点画线法类似，通过在每列 像素中确定与理想直线位置最近的像素 来进行直线的扫描转换。 其基本原理为：通过各行、列像素点中 心构造一组虚拟网格线，按直线从起点 到终点的顺序计算其与各垂直网格线的 交点，然后确定该列像素中与此交点最 近的像素。
第二章 计算机图形处理技术基础
AUTOCAD
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（2）字裁剪 类似于串裁剪，但限界矩形以单个字符为单位。 （3）笔划裁剪 通过把一个字符看成一系列短笔划的集合，使字符的裁 剪归结为对组成这些字符的笔划的裁剪，必须逐条直线的进 行。此种方法可以精确地删除字符在窗口外的部分，如实地 反映了字符的裁剪结果，优点是裁剪精度最高，缺点是裁剪 过程比较复杂。
4、设备坐标系
图形输出设备（如显示器、绘图机）自身都有一个坐 标系，称之为设备坐标系（DCS：Device Coordinate System）或物理坐标系。设备坐标系是一个二维平面坐标 系，用于在图形显示设备上定义图形或窗口的位置。
5、规格化设备坐标系
由于不同的图形设备具有不同的设备坐标系，且不同备的相关性影响应用程序的可移植性，我们引入与设备 无关的规格化的设备坐标系（NDCS：Normalized Device Coordinate System）。规格化的设备坐标系的取值范围 是左下角（0.0，0.0），右上角（1.0，1.0）。
y y o z (b) x
3
o (a)
x
2、造型坐标系
造型坐标系（MCS：Modeling Coordinate System） 是右手坐标系。它是用来描述世界坐标系中每个具体物体的 形状，每个物体均由其自身的造型坐标系定义。 造型坐标系 局部坐标系 世界坐标系 整体坐标系。
3、观察坐标系
观察坐标系（VCS：View Coordinate System）是为 了将三维物体投影到显示屏幕（观察平面）上而建立起来的， 是左手坐标系。 作用：指定裁剪空间，确定物体显示输出的部分； 定义观察平面，世界坐标变换为规格化设 4 备坐标。
v xr v xl v xl x v w w （x w w xl） xr xl v yt v yb yv （y w w yb） v yb w yt w yb
计算机图形处理技术简介
计算机图形处理技术简介随着计算机技术的不断发展，图形处理技术在各个领域得到了广泛应用。
从电影制作、游戏开发，到建筑设计、产品展示，图形处理技术的应用范围越来越广泛，成为了现代社会中不可或缺的一部分。
本文将简要介绍计算机图形处理技术的发展历程、主要应用以及未来的发展趋势。
一、图形处理的发展历程计算机图形处理技术的起源可以追溯到上世纪60年代，当时几乎所有的图形处理都依赖于硬件实现。
随着计算机硬件的发展，图形处理技术逐渐进入了实用阶段。
1980年代，随着个人电脑的普及，图形处理技术得到了快速发展。
图形界面的诞生，使得计算机使用变得更加直观和友好。
图形处理技术的发展离不开图形硬件的进步，从最早的矢量显卡到如今的高清显卡，硬件的提升为图形处理技术的进步提供了坚实的基础。
二、图形处理的主要应用领域1. 游戏开发游戏是图形处理技术最广泛应用的领域之一。
从《超级马里奥》到《使命召唤》，图形处理技术让游戏的画面变得更加逼真，给玩家带来身临其境的游戏体验。
高分辨率、真实光照、流畅动画等图形处理技术的应用，使得游戏市场日益壮大。
2. 电影制作电影制作是图形处理技术的又一大应用领域。
以《阿凡达》为代表的3D电影，利用图形处理技术打造了梦幻般的影像效果。
图形处理技术可以实现特效、合成、颜色校正等多种操作，大大提高了电影制作的效率和质量。
3. 建筑设计图形处理技术在建筑设计中得到了广泛应用。
借助计算机辅助设计（CAD）软件，建筑师可以通过3D建模和渲染，呈现出建筑物的外观、结构和材料等细节，帮助设计师更好地展示设计理念，提高设计效率。
4. 产品展示利用图形处理技术，产品设计师可以通过虚拟场景展示产品的外观、功能和使用体验。
通过三维建模和渲染，设计师可以更好地展示产品的细节和设计理念，提高产品的销售效果。
三、图形处理技术的未来发展趋势未来，随着计算机技术的不断进步，图形处理技术也将得到进一步发展。
以下是几个可能的发展方向：1. 虚拟现实和增强现实虚拟现实和增强现实是目前图形处理技术发展的热点。
学习计算机图形处理技术
学习计算机图形处理技术计算机图形处理技术是计算机科学领域的一个重要分支，它涉及到了图像的生成、显示和处理等方面。
在现代社会中，计算机图形处理技术在各个行业起到了重要的作用，比如游戏、动画、虚拟现实等领域都离不开它的支持。
本文将从计算机图形处理的基本原理、应用领域和未来发展趋势等方面进行论述。
首先，我们来了解一下计算机图形处理的基本原理。
计算机图形处理主要涉及到两个方面，即图像的生成和图像的显示。
图像的生成是指通过计算机算法将抽象的数据转化为具体的图像形式，而图像的显示则是指将生成的图像通过显示设备展现出来。
在图像的生成过程中，通常会使用到各种数学模型和算法，比如三维几何模型、光照模型、纹理映射等等。
这些模型和算法可以帮助我们在计算机中模拟出逼真的图像效果。
而在图像的显示过程中，我们通常会使用到显示器等设备来将生成的图像呈现给用户。
接下来，让我们来探讨一下计算机图形处理技术的应用领域。
首当其冲的就是游戏行业。
现如今，游戏已经成为了娱乐消遣的重要方式，而计算机图形处理技术恰恰能够为游戏提供逼真的视觉效果。
通过计算机图形处理技术，游戏开发者可以创建出逼真的游戏场景、角色模型和特效，使得游戏更加有趣、具有吸引力。
此外，计算机图形处理技术还广泛应用于动画制作领域。
无论是电影、电视剧、广告还是短视频，都离不开计算机图形处理技术的支持。
通过计算机图形处理技术，动画制作人员能够创作出精美绝伦的动画作品，使得观众仿佛身临其境。
除了游戏和动画制作领域，计算机图形处理技术还广泛应用于虚拟现实、医学影像处理、工业设计等领域。
虚拟现实是一种通过计算机生成的仿真环境，用户可以通过佩戴虚拟现实设备进入其中，与虚拟环境进行互动。
计算机图形处理技术能够为虚拟现实提供逼真的虚拟场景和模拟物体，使得用户感受到身临其境的沉浸式体验。
在医学影像处理领域，计算机图形处理技术常用于图像重建、三维可视化、病灶检测等方面，帮助医生更好地进行疾病诊断和治疗。
计算机图形处理技术
3
生成对抗网络（GAN）
通过生成器和判别器的相互对抗，能够生成具有 高度真实感的图形数据，可用于数据增强、图像 修复等任务。
06
虚拟现实与增强现实技术
虚拟现实技术原理及设备介绍
原理
通过计算机生成一种模拟环境，利用多源信息融合的交互式三维动态视景和实 体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中。
意义
计算机图形处理技术不仅提高了图形 处理的效率和精度，还极大地丰富了 人们的视觉体验，推动了相关领域的 发展和创新。
相关技术体系架构
图形处理硬件
图形处理软件
包括图形处理器（GPU）、图形加速卡等， 用于提供高性能的图形计算和渲染能力。
包括图形处理库、图形处理算法等，用于 实现图形的生成、变换、渲染等操作。
计算机图形处理技术
• 计算机图形处理技术概述 • 图形渲染技术 • 三维建模与动画技术 • 图像编辑与处理技术 • 计算机视觉与图形识别技术 • 虚拟现实与增强现实技术 • 总结与展望
01
计算机图形处理技术概述
定义与发展历程
定义
计算机图形处理技术是一种利用计算机生成、处理和显示图 形的技术，涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉等多 个领域。
设备
主要包括头戴式显示器、位置追踪系统、3D音频系统等。头戴式显示器用于提 供立体视觉，位置追踪系统用于捕捉用户的运动，3D音频系统则提供环绕立体 声效果。
增强现实技术原理及设备介绍
原理
将计算机生成的虚拟信息叠加到真实世界中，通过智能设备让用户与虚拟信息进 行互动。
设备
主要包括智能手机、平板电脑等移动设备，以及专门的AR眼镜或头盔。这些设 备通过摄像头捕捉真实世界的图像，并在屏幕上骨 骼的初始位置和朝向。
《计算机图形学》02 基本图形生成
直线裁剪的情况：
D
C A B
端点编码的9种结果：
1010
1000
0110
0100
0101
直线编码裁剪算法处理步骤：
若两个端点的编码均为0，则两个端点均位于窗口内，线段全显 示，结束；
将两个端点的编码的编码按位与，若结果不为0，则线段必然位 于某条边线之外，线段全不显示，结束；
（这时，某个端点必然存在为1的位，且另一个端点相应的位为0， 线段将部分显示或全不显示）则，对任一个存在1位的端点，用1 位所对应的边，将直线段分割为两段，舍弃位于边线外的段，对 边线内的段再按本规则进行处理。
作业： 用窗口(5,10,25,30)，对直线(0,40)-(30,15)进行裁剪，写出处理过 程及结果。
例2 (1,1)-(9,6)直线的点阵
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
例3 (1,1)-(6,9)直线的点阵
10
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8
7
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3
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0
0
1
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3
4
5
6
7
8
9 10
例4 (2,3)-(8,7)直线的点阵
数值微分法计算步骤：
对给定的两个直线端点(x1, y1)，(x2, y2)， 有：x2≥x1，|x2－x1|＞|y2－y1|。 (1)求得两点连线的斜率：k＝(y2－y1)/ (x2－x1) (2) px1＝x1，py1＝y1，得直线上的点(px1, py1)；令i＝1； (3)若pxi＝x2，则计算结束；否则，继续； (4)pxi+1＝pxi＋1， pyi+1＝pyi＋k， 得直线上的点( pxi+1, int(pyi+1+0.5) )； (5)令i＝i＋1，转到(3)。
计算机图像与图形处理技术
计算机图像与图形处理技术计算机图像与图形处理技术是指利用计算机对图像和图形进行处理、增强、分析和生成的一系列技术的总称。
随着计算机技术的不断进步和应用领域的扩大，计算机图像与图形处理技术在生活、工业、医疗等各个领域都起到了重要的作用。
一、计算机图像处理技术的应用计算机图像处理技术广泛应用于图像增强、图像分割、模式识别、特征提取和图像压缩等方面。
在医学影像领域，计算机图像处理技术可以帮助医生对病人进行诊断，降低误诊率。
在工业领域，计算机图像处理技术可以提高产品的质量检测效率和准确性。
在娱乐领域，计算机图像处理技术可以实现逼真的虚拟现实体验，让人沉浸在虚拟的世界中。
二、图像处理的基本原理图像处理的基本原理包括图像获取、图像存储、图像预处理、图像增强、图像压缩和图像分析等几个方面。
首先，通过摄像头或扫描仪等设备获取图像，然后将图像存储在计算机中。
接着，对图像进行预处理，包括图像去噪、图像平滑、边缘检测等操作。
通过这些预处理，可以去除图像中的噪声和不必要的细节。
接下来，根据需要对图像进行增强，包括亮度、对比度和颜色的调整。
然后，对图像进行压缩，减少图像的存储空间。
最后，对图像进行分析，提取图像中的信息和特征。
三、计算机图形处理技术的应用计算机图形处理技术主要应用于计算机动画、游戏开发和虚拟现实等方面。
在计算机动画领域，计算机图形处理技术可以模拟现实世界的物体、人物和场景，并进行逼真的渲染。
通过计算机图形处理技术，可以实现令人惊叹的视觉效果，给观众带来身临其境的感觉。
在游戏开发领域，计算机图形处理技术可以创建真实感和沉浸感强的游戏场景和角色。
通过计算机图形处理技术，游戏开发者可以制作出精美细腻、场景逼真的游戏作品。
在虚拟现实领域，计算机图形处理技术可以实现与现实世界交互的虚拟环境。
通过计算机图形处理技术，可以让用户身临其境地体验虚拟现实世界，提供与现实世界相似的感觉和体验。
四、计算机图像与图形处理技术面临的挑战随着计算机图像与图形处理技术的不断发展，也面临着一些挑战。
计算机图形图像处理的关键技术
计算机图形图像处理的关键技术1. 引言1.1 计算机图形图像处理的定义计算机图形图像处理是一种通过计算机科学和数学的方法，对数字图像进行处理和分析的技术。
其主要目的是利用计算机软件和硬件来获取、存储、处理和显示图像数据，以改善图像的质量或实现特定的功能。
通过对图像进行处理，可以提取有用的信息，改善图像的清晰度和对比度，甚至实现图像的增强、压缩、分割等多种操作。
计算机图形图像处理已经成为现代科学、工程、医学、艺术等各个领域中不可或缺的一部分，为人们的生活和工作带来了极大的便利和效益。
在计算机图形图像处理技术的不断发展和改进下，人们可以更加高效地处理海量的图像数据，从而提高工作效率和准确性。
通过数字化的图像处理技术，人们可以在医学影像诊断、遥感图像解译、数字娱乐等各个领域中得到更精准的信息和反馈。
计算机图形图像处理技术已经成为21世纪信息社会的重要组成部分，对人们的生活和工作具有深远影响。
随着科学技术的不断进步，计算机图形图像处理技术的应用领域和技术水平也将会不断拓展和提升，为人类带来更多的惊喜和便利。
1.2 计算机图形图像处理的意义计算机图形图像处理在当今社会中扮演着非常重要的角色，它不仅仅是一门科学技术，更是一个创造性和应用性十分广泛的领域。
计算机图形图像处理的意义可以从多个方面来探讨。
计算机图形图像处理可以帮助人们更好地理解和处理图像信息。
通过数字化处理，我们可以对图像进行分析、重建和优化，从而获取更加清晰、精确的图像信息。
这对于医学影像、遥感图像、安全监控等领域具有非常重要的意义。
计算机图形图像处理可以提高生产效率和产品质量。
在工业生产中，通过图像处理技术可以实现自动化控制、检测和评估，大大提高了生产效率和产品的一致性和稳定性。
计算机图形图像处理还能够促进科学研究的发展，帮助科学家们更深入地研究各种现象和规律。
从天文学到生物学，从材料科学到地质科学，图像处理技术都能够提供强大的工具支持。
2. 正文2.1 数字图像处理技术数字图像处理技术是计算机图形图像处理领域中的一项重要技术，其主要目的是通过数字化的方式对图像进行处理和分析，以实现特定的目标。
第二章计算机图形处理技术 ppt课件
学习内容
1.概述 2.图形变换 3.图形消隐技术 4.图形的光照处理技术 5.图形裁剪技术
2. 图形变换
图形变换指对图形的几何信息经过几何变换后产生新 的图形，提出的构造或修改图形的方法。
除图形的位置变动外，可以将图形放大或缩小，或者对图
形作不同方向的拉伸来使其扭曲变形…
• 坐标系统 • 窗口－视区变换 • 几何变换基础 • 二维图形基本几何变换 • 二维图形的复合变换 • 三维图形的几何变换
2. 图形变换
坐标系统
从定义一个零件的几何外形到图形设备上生成相应图形， 需要建立相应的坐标系统来描述，并通过坐标变换来实现 图形的表达
世界坐标系（World Coordinate System ）
设备坐标系（Device Coordinate System ）
规格化设备坐标系（Normalized Device Coordinate System ）
2. 图形变换
(4)以直线y=x为对称线的对称变换
变换后，图形点集的x和y坐标对调
矩阵形式
(5)以直线y=－x为对称线的对称变换
变换后，图形点集的x和y坐标对调，符号相反
矩阵形式
2. 图形变换
旋转变换
旋转变换是将图形绕 固定点顺时针或逆时 针方向进行旋转
图形绕原点沿逆时 针方向旋转θ角，变 换后的点（x* , y*） 的数学表达式:
2. 图形变换
窗口－视区变换
工程设计中，需要突出图形的某一部 分而用一个局部视图单独画出来。
在计算机图形学里，如何把指定的局 部图形从整体中分离出来，并对这部分图 形进行清晰、正确的显示，我们把“窗口” 这个词引用到计算机图形学中来，即通过 在整图中开“窗口”的方法解决上述问题。
第二章计算机图形学和计算机辅助设计技术概述
1975年Phong提出了著名的简单光照模型Phong 模型。
80年代：高分辨率，大尺寸，彩色显示设备 ，各种输入设备，软件标准化趋势；与设备无关的 驱动程序，各种图形软件包。
Whitted光透视模型，第一次给出光线跟踪算 法的范例；
图像处理
图像
计 算
模
机
式
图 形 学
识 别
特征数据 几何模型
计算几何
CAD/CAM 计算机艺术 计算机动画 计算机视觉
计算机图形学的研究内容
图形的输入：研究如何把要处理的图形输入到计算机 内，以便让计算机进行各种处理。
图形的生成、显示和输出：如何利用计算机生成图形 并在显示屏上显示或在绘图机等输出设 备上输出图形。
图像(Image)
图像处理-------将客观世界中原来存在的物 体映象处理成新的数字化图像。
例如: 卫星遥感中的资源勘测 气象预报中的云图和海图处理 人体的CT扫描 工业中的射线探伤 金相图谱分析
图像处理中关心的问题： 滤去噪声、压缩图像数据、对比度增强、图
像复原、三维图像重建。
计算机图形学与图象处理的重叠与交叉
计算机图形学所涉及的算法可分为以下几类1基于图形设备的基本图形元素的生成算法如用光栅图形显示器生成直线圆弧二次曲线封闭边界内的填色填图案反走样等2基本图形元素的几何变换投影变换窗口裁剪2基本图形元素的几何变换投影变换窗口裁剪3自由曲线和曲面的插值拟合拼接分解过渡光顺整体修改局部修改等4图形元素点线环面体的求交与分类以及集合运算5隐藏线隐藏面消除以及具有光照颜色效果的真实图形显示6不同字体的点阵表示矢量中西文字符的生成及变换7山水花草烟云等模糊景物的生成8三维或高维数据场的可视化9三维形体的实时显示和图形的并行处理10虚拟现实环境的生成及其控制算法等2
图形图像处理基础入门指南
图形图像处理基础入门指南第一章：图形图像处理概述图形图像处理是一门应用广泛的技术，其目的是改善、增强或提取图像的特定特征。
本章将介绍图形图像处理的基本概念，包括图像的表示方式、像素及其属性等。
1. 图像的表示方式图像可表示为数字矩阵或二进制流的形式。
数字矩阵表示是将图像划分为像素，每个像素表示图像上一个点的颜色或亮度信息。
二进制流表示则是将图像编码为一串连续的比特流。
2. 像素及其属性像素是图像处理中最基本的单元，是对图像进行编码的最小单位。
每个像素可以包含多个属性，如亮度、颜色、透明度等。
这些属性会影响到后续的图像处理操作。
第二章：图形图像处理算法及工具本章将介绍图形图像处理常用的算法和工具，包括滤波、变换、分割等。
1. 滤波滤波是一种常用的图像处理方法，通过去除或增强图像的某些频率成分来实现图像的改善。
常见的滤波算法有均值滤波、中值滤波、高斯滤波等。
2. 变换变换是将图像从一个域映射到另一个域的过程。
常见的图像变换包括傅里叶变换、小波变换等，可以用于图像压缩、频域分析等应用。
3. 分割图像分割是将图像分成若干个子区域，使得每个区域具有一定的特征或属性。
常用的分割算法有阈值分割、边缘检测、聚类分割等。
第三章：图形图像处理应用领域本章将介绍图形图像处理在各个领域的应用，包括医学影像处理、卫星图像处理、数字艺术等。
1. 医学影像处理医学影像处理是图形图像处理的重要应用领域之一。
通过对医学影像的处理，可以辅助医生进行疾病的诊断和治疗。
常见的医学影像处理任务有图像增强、边缘检测、肿瘤分割等。
2. 卫星图像处理卫星图像处理是利用遥感技术对航天器观测到的地球表面图像进行处理和分析。
通过卫星图像处理，可以监测自然资源、环境变化，应用于气象预测、城市规划等领域。
3. 数字艺术图形图像处理技术在数字艺术中有着广泛的应用，如图像合成、特效处理、图像修复等。
这些技术不仅可以用于电影、电视剧的特效制作，也可以用于游戏、动画等数字娱乐产业。
计算机图形学 第二章 二维基本图形的生成与二维区域的填充
2013-10-21
(2－10)
22
2.1.2 生成直线的Bresenham算法
• 我们来分析公式(2-10)： (1)当此值为正时，d1>d2，说明直线上 理论点离(xi+1，yi+1)象素较近，下一个象素 点应取(xi+1，yi+1)。 (2)当此值为负时，d1<d2，说明直线上 理论点离(xi+1，yi)象素较近，则下一个象素 点应取(xi+1，yi)。 (3)当此值为零时，说明直线上理论点 离上、下两个象素点的距离相等，取哪个 点都行，假设算法规定这种情况下取(xi+1， yi+1 2013-10-21 )作为下一个象素点。 23
2.1.2 生成直线的Bresenham算法
• 我们首先讨论m=△y/△x，当0≤m≤1且 x1<x2时的Bresenham算法。从DDA直线算 法可知这些条件成立时，公式(2-2)、(2-3) 可写成： • xi+1=xi+1 (2－6) • yi+1=yi+m (2－7) • 有两种Bresenham算法思想，它们各 自从不同角度介绍了Bresenham算法思想， 得出的误差判别式都是一样的。
2013-10-21 11
2.1.1 生成直线的DDA算法
二、直线DDA算法思想： 选定x2－x1和y2－y1中较大者作为步进方向 (假设x2－x1较大)，取该方向上的增量为一个象素 单位(△x=1)，然后利用式(2－1)计算另一个方向 的增量(△y=△x· m=m)。通过递推公式(2－2)至(2 －5)，把每次计算出的(xi+1，yi+1)经取整后送到显 示器输出，则得到扫描转换后的直线。 之所以取x2－x1和y2－y1中较大者作为步进方 向，是考虑沿着线段分布的象素应均匀，这在下 图中可看出。
计算机图形处理与设计作业指导书
计算机图形处理与设计作业指导书第一章计算机图形处理基础 (2)1.1 图形处理概述 (2)1.2 图形处理系统组成 (3)第二章图形数据结构与算法 (4)2.1 图形数据结构 (4)2.2 图形算法基础 (4)2.3 图形算法应用 (5)第三章二维图形与变换 (5)3.1 二维图形 (5)3.1.1 线条 (5)3.1.2 圆弧 (5)3.1.3 曲线 (5)3.2 二维图形变换 (6)3.2.1 平移变换 (6)3.2.2 旋转变换 (6)3.2.3 缩放变换 (6)3.2.4 对称变换 (6)3.3 二维图形裁剪 (6)3.3.1 CohenSutherland裁剪算法 (7)3.3.2 LiangBarsky裁剪算法 (7)第四章三维图形处理 (7)4.1 三维图形表示 (7)4.2 三维图形变换 (7)4.3 三维图形投影 (8)第五章图形渲染与光照模型 (8)5.1 图形渲染基本概念 (8)5.1.1 几何处理 (8)5.1.2 光栅化 (8)5.1.3 纹理映射 (9)5.1.4 光照计算 (9)5.2 光照模型 (9)5.2.1 兰伯特（Lambert）光照模型 (9)5.2.2 高斯（Gauss）光照模型 (9)5.2.3 菲涅尔（Fresnel）光照模型 (9)5.3 阴影与透明度处理 (9)5.3.1 阴影处理 (9)5.3.2 透明度处理 (9)第六章纹理映射与图像处理 (10)6.1 纹理映射基础 (10)6.1.1 纹理映射概念 (10)6.1.2 纹理映射分类 (10)6.1.3 纹理映射技术 (10)6.2 纹理映射应用 (10)6.2.1 三维模型渲染 (10)6.2.2 虚拟现实与增强现实 (10)6.2.3 动画与游戏制作 (10)6.3 图像处理技术 (11)6.3.1 图像滤波 (11)6.3.2 边缘检测 (11)6.3.3 图像分割 (11)6.3.4 图像变换 (11)6.3.5 图像识别与分类 (11)6.3.6 图像增强与复原 (11)第七章计算机动画 (11)7.1 动画原理 (11)7.2 动画制作技术 (12)7.3 动画应用 (12)第八章计算机图形软件 (13)8.1 图形软件概述 (13)8.2 常用图形软件介绍 (13)8.2.1 二维图形软件 (13)8.2.2 三维图形软件 (13)8.3 图形软件应用实例 (14)第九章计算机辅助设计 (14)9.1 计算机辅助设计概述 (14)9.2 计算机辅助设计方法 (15)9.3 计算机辅助设计应用 (15)第十章图形学前沿技术 (16)10.1 虚拟现实与增强现实 (16)10.2 计算机视觉与深度学习 (16)10.3 图形学在其他领域的应用 (16)第一章计算机图形处理基础1.1 图形处理概述计算机图形处理是计算机科学中的一个重要分支，主要研究如何利用计算机技术对图形信息进行、表示、存储、处理和显示。
计算机图形图像处理技术综述
计算机图形图像处理技术综述一、引言计算机图形图像处理技术的发展可以追溯到1960年代，随着计算机硬件和软件的不断发展，图形图像处理技术的应用越来越广泛，逐渐成为计算机科学中一个重要的研究领域。
本文将综述图形图像处理技术的发展历程和应用领域，重点介绍图像处理算法和技术。
二、图形图像处理技术的发展历程1. 可编程图形处理器（GPU）GPU于20世纪90年代中期推出，其强大的并行运算能力使得其成为计算机图形图像处理领域的重要技术。
GPU主要用于加速渲染和图像处理等领域，其性能已经超越了传统的中央处理器(CPU)。
随着GPU技术的不断提升，GPU已经成为计算机图形图像处理领域的重要技术之一。
2. 数字图像处理技术数字图像处理技术是指用数字计算机对图像进行处理和分析的技术。
随着计算机技术和数字图像技术的不断发展，数字图像处理技术已经广泛应用于医学图像处理、遥感图像处理等领域。
数字图像处理技术的研究成果在不断地推动着图像处理技术的发展。
3. 图像识别技术图像识别技术是指在计算机上对图像进行识别和分类的技术。
这种技术包含了数字图像处理技术、机器学习、统计学等多个领域，而机器学习是其中的重要技术，包括支持向量机(SVM)、神经网络、决策树等算法。
图像识别技术已经被广泛应用于人脸识别、自然语言处理等领域。
4. 视频处理技术视频处理技术是指对视频进行处理和分析的技术，包括视频压缩、视频编解码、视频传输等，这些技术都是实现高质量视频传输的基础。
视频处理技术已经在实时视频会议、视频监控、互联网直播等领域得到广泛应用。
三、图形图像处理技术的应用领域1. 模拟仿真模拟仿真是一种通过计算机图形图像处理技术来模拟真实环境的技术。
它被广泛应用于航空、汽车、航天等领域中，以及军事训练、医疗仿真中等领域，为这些领域的发展做出了巨大贡献。
2. 数字非接触式测量技术数字非接触式测量技术是指通过计算机图形图像处理技术来进行测量的技术。
此技术可广泛应用于多个领域，包括工业、医学、军事等，能够大幅度提高精度和生产效率。
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第二章计算机图形处理技术计算机图形的分类：一.屏幕光栅图形1.二维线框图2.三维线框投影图(消隐图和非消隐图)3.三维浓淡图4.线框-浓淡混合图5.动态图形(动画图形,变形图形)二..图纸矢量图形1.二维线框图(工程视图)2.三维线框投影图(消隐图,轴测图,三维建筑图)一、计算机图形表示方法：1.栅格表示法栅格结构用密集正方形（或三角形，多边形）将区域划分为网格阵列。
位置由行，列号定义，属性为栅格单元的值。
点：由单个栅格表达。
线：由沿线走向有相同属性取值的一组相邻栅格表达。
面：由沿线走向有相同属性取值的一片栅格表达。
2.四叉树表示法基本思想：将2n×2n象元组成的图像(不足的用背景补上) 按四个象限进行递归分割，并判断属性是否单一，单一：不分。
不单一：递归分割。
最后得到一颗四分叉的倒向树。
用一倒立树表示这种分割和分割结果。
根：整个区域高：深度、分几级，几次分割叶：不能再分割的块树叉：还需分割的块每个树叉均有4个分叉，叫四叉树。
3.二维几何图形的结构表示法二、图形变换p77视图变换视图系统的基本概念在计算机图形学中，为了通过显示设备来考察几何物体的特性，引入了一系列用于显示输出的坐标系统来组成不同的视图系统（viewing system）。
这些坐标系统包括：1.世界坐标系(world coordinate Systems)，该坐标系统主要用于计算机图形场景中的所有图形对象的空间定位和定义，包括观察者的位置、视线等等。
计算机图形系统中涉及的其它坐标系统都是参照它进行定义。
2.局部坐标系(Local Coordinate System)，主要为考察物体方便起见，独立于世界坐标系来定义物体几何特性，通常是在不需要指定物体在世界坐标系中的方位的情况下，使用局部坐标系。
一旦你定义“局部”物体，通过指定在局部坐标系的原点在世界坐标系中的方位，然后通过几何变换，就可很容易地将“局部”物体放入世界坐标系内，使它由局部上升为全局。
3.观察坐标系(Viewing coordinate systems)，观察坐标系通常是以视点的位置为原点，通过用户指定的一个向上的观察向量(view up vector)来定义整个坐标系统，缺省为左手坐标系，观察坐标系主要用于从观察者的角度对整个世界坐标系内的对象进行重新定位和描述，从而简化几何物体在投影面的成像的数学推导和计算。
4.成像面（视平面）坐标系统，它是一个二维坐标系统，主要用于指定物体在成像面上的所有点，往往是通过指定成像面与视点之间的距离来定义成像面，成像面有时也称投影面，可进一步在投影面上定义称为窗口的方形区域来实现部分成像。
5.屏幕坐标系统，也称设备坐标系统，它主要用于某一特殊的计算机图形显示设备(如光栅显示器)的表面的点的定义，在多数情况下，对于每一个具体的显示设备，都有一个单独的坐标系统，在定义了成像窗口的情况下，可进一步在屏幕坐标系统中定义称为视图区(view port)的有界区域，视图区中的成像即为实际所观察到的图形对象。
⏹世界坐标系与观察坐标系的变换⏹l 将观察坐标系的原点移到世界坐标系的原点⏹l 通过旋转使两个坐标参考框架对齐三、几何变换任何工程图形都可视为点的集合，图形变换的实质就是对组成图形的各顶点进行坐标变换1.比例变换2.对称变换3.旋转变换4.平移变换5.复合变换——为便于图形的变换计算，引入齐次坐标。
1. 工程图形的齐次坐标矩阵表示所谓齐次坐标即将一个n维向量用n+1维向量来表示。
这个n+1向量称为n维向量的齐次表示或齐次坐标。
一个n维向量的齐次坐标可表示为（X1，X2，……，Xn，H）H称为齐次空间分量。
一个真实空间点可对应于无数个齐次空间的点。
如一个二维向量（2，4）的齐次表示可以包括（2，4，1）、（4，8，2）、（1，2，0.5）等。
通常，将H=1所对应的向量定义为真实空间的向量。
所以，要将一个齐次空间矢量映射到真实空间，需要将齐次分量H变换为1。
在图形变换中通常使用齐次坐标，利用齐次坐标的优点是可以用阶数统一的矩阵表示各种变换，提供了用矩阵运算把二维、三维甚至高维空间上的一个点从一个坐标系变换到另一坐标系的有效方法。
四、图形生成算法直线图形生成算法1.数值微分法2.Bresenham算法：过各行、各列象素中心构造一组虚拟网格线，按直线从起点到终点顺序计算直线与各垂直网格线的交点，然后确定该列象素中与此交点最近的象素。
多边形生成算法1.扫描线填充算法基本思想：对于一个给定的多边形，用一组水平（垂直）的扫描线进行扫描，求出每条扫描线与多边形的交点，这些交点将扫描线分割为相间排列的落在多边形内和外的线段，将落在多边形内的线段上的所有象素点赋以给定的多边形的颜色值，将落在多边形外的线段上的所有象素点赋以背景颜色值。
过程：a、求交：计算扫描线与多边形各边的交点；b、排序：把所有交点按递增顺序进行排序；c、交点配对：每对交点表示扫描线与多边形的一个相交区间；d、区间填色：相交区间内的象素置成多边形颜色，觉交区间外的象素置成背景色；2.多边形消隐生成算法消隐显示是一种重要的图形显示方法，它是在图形显示的时候，消去被隐藏的线和面、或它们的一部分。
消隐显示能清楚地表达三维形状的表面几何元素的深度层次，从而，表现出强的立体感。
一般真实感图形显示只显示可见（非隐藏）的形体表面，所以，消隐处理也是真实感显示的基础。
消隐算法就其功能分为线消隐（Hidden-line removal）和面消隐（Hidden-surface rem）两类。
线消隐是线框显示时消除被隐藏的线段或用虚线显示, 而面消隐是在面着色时跳过隐藏面、寻找可见表面进行着色显示。
就其算法思想又可分为对象空间方法（Object space methods）和图象空间方法（Image space methods）两种。
在对象空间方法中，一个几何对象必须和画面中其他每一个几何对象进行比较，才能确定其可见性。
如果有n个几何对象，则需要n2次比较。
在图象空间方法中，每个几何对象都投影到图象平面上并离散为象素，通过比较象素对应的空间纵深大小确定象素的可见性。
如果投影平面含有N个象素，则最多需要Nn次比较。
虽然N是一个较大的数字，但它是一个常数，所以，图象空间方法是线性方法而对象空间方法是一个二次方法，图象空间方法较弱地依赖于显示对象的个数变化。
在实际软件开发中，消隐功能通常结合对象空间方法和图象空间方法来实现的；也就是先使用对象空间方法删去对象中一部分肯定不可见的面，然后对其余面再用图象空间方法在象素级确定可见性。
一般来说，线消隐较适合采用对象空间方法，而面消隐一般采用图象空间方法。
消隐是与视点和视向有关的，所以，基于显示投影平面的图象空间方法是很自然的；在每个象素上, 找到它的可见几何对象。
而对象空间方法是在一定的视点和视向的条件下，在对象空间中将每条线或每个面分割成可见与不可见两部分, 然后在屏幕或绘图机上输出, 输出时的精度和比例都可调节。
虽然消隐与视点和视向是相关的，但在三维动画或场景浏览中, 需要不断改变视点和视向, 为了提高效率, 需要尽量少或不依赖视点和视向的消隐方法.线消隐的一个重要意义就是消除线框显示的形状二义性。
如图所示，图(a)中一个长方体线框模型可以理解为由图(b-c)中两种不同摆放位置；通过消隐显示这种不确定性就可以消除线消隐的另一重要作用是从三维几何模型自动产生二维工程图(如图4-3所示)。
线消隐涉及到投影变换、线段求交、包含性检验和深度比较等，主要任务是处理面对线段的遮挡关系。
线消隐有以下几种方法1.分段可见性判断法2.隐藏量方法3.深度缓存(Z-buffer)算法4.扫描线算法(略)1. 分段可见性判断法线消隐需要确定显示线段的可见部分和不可见部分，为此，对于离散后的几何场境来说，关键问题是如何比较显示直线段和场境中多边形平面的前后关系。
分段可见性判断方法的基本思想是判断线段与每个多边形的深度关系，如果有遮挡关系就记录遮挡部分, 所有多边形遮挡该线段的并, 即为该线段的不可见部分。
2. 隐藏量方法隐藏量是用来描述线段被遮挡的程度，通常是位于前方的面数。
这样，对于一条需要显示的线段来说，线段上的隐藏量构成一阶梯函数，隐藏量为零的部分即为可见处。
与分段可见性判断方法比较，隐藏量方法只在起点处有包含关系检验，在后续子线段中不需要射线求交来检验包含关系；另外，隐藏量方法只需要显示线段与轮廓线求交，不是与所有面的边求交；这样，隐藏量方法大大减少了边/边求交的时间消耗。
隐藏量方法的缺点是不适合边穿透面的情况。
3. 深度缓存(Z-buffer)算法这是一种在图象空间下的消隐算法，原理简单，也很容易实现。
这一算法需要二个数组：一是深度缓存数组ZB，也就是所谓Z-buffer，算法的名称就是从这里来的；另一个是颜色属性数组CB (color-buffer)，这两个数组的大小和屏幕的分辨率有关，等于横向象素数m和纵向象素数n的乘积。
深度缓存算法的最大缺点是两个缓存占用的存储单元太多。
曲线和曲面p98一、曲线曲面的特性⏹曲线和曲面的控制点以及节点——可以控制曲线形状的各个点称之为控制点，如果控制点位于曲线或曲面之上又称其为节点⏹多值性——曲线或曲面往往不是一个坐标的单值函数⏹几何不变性——在不同的坐标系中度量控制点时，所生成的几何形状必须保持不变。
⏹全局或局部控制——修改已存在的曲线或曲面上某个控制点时，曲线或曲面只在控制点附近的区域改变形状（局部控制能力），也可整个形状都被改变（全局控制能力）。
⏹缩小变化特性——有些数学表示往往不是平滑而是放大由控制点所描绘的曲线中的细小不规则处。
另有一些则正好相反，它总是平滑所给定的控制点。
⏹连续性的阶——实际应用的几何形体往往是由多个曲面片或曲线来模拟构造的。
这些曲线和曲面在连续处要保证有一定的连续性。
零阶连续性记作C0，指两条曲线简单地相交，交点处有一明显的拐角;一阶连续性记作C1，要求曲线在交点相切；二阶连续性记作C2，要求曲率相等。
二、曲线曲面的参数表示数学表示形式：曲线和曲面的表示有参数和非参数之分，非参数表示又可分为显式表示和隐式表示。
⏹非参数表示1.显式表示：明确、直接表达曲线在不同坐标轴之间的对应关系y=f(x) 如y=2x+6由于显式表示的对应关系一般为一一对应，因此，显式方程不能表示封闭曲线或多值曲线。
2.隐式表示：隐式表示的一般式为：f ( x, y)=0隐式表示的优点在于易于判断函数是否大于、小于或等于零，即易于判断点是否落在所表示曲线上或是曲线的哪一侧。
非参数表示的不足包括：1）与坐标轴相关的；2）会出现斜率无穷大的情况；3）对于非平面曲线和曲面难以用常系数的非参数化函数表示；4）不便于计算和编程序实现⏹参数表示所谓参数表示，就是将曲线或曲面上的点的坐标表示为某参数的函数。