计算机图形学78803

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《计算机图形学》课件第一章

《计算机图形学》课件第一章

2. 模式识别(Pattern Recognition 图形信息输入计算机后, 先对它进行特征提取等预处 理, 然后用统计判定方法或语法分析方法对图形做出识别, 最后由计算机按照使用需求给出图形的分类或描述, 这就 是模式识别。 邮政自动分拣、 中西文字符和工程图纸自动 阅读等都是模式识别技术的应用实例。 模式识别研究怎样 分析和识别输入的图形, 以便找出其中蕴涵的内在联系或 抽象模型。
到能够展示某些期望特征的新图像。
图像处理、 模式识别、 计算机图形学、 计算几何和分 形几何这些学科都已有四十余年的历史了。 但长期以来, 它们基本上是以相互独立的形式各自发展、 成长的。 到了 20世纪80年代, 由于光栅图形显示器的广泛使用, 以及大 量复杂的应用课题的研究需要, 这几门学科的相互关系和 共同技术引起了人们越来越大的兴趣, 其学科界限日益模 糊。 从计算机软硬件的角度来看, 起核心作用的是图形显 示技术。
其后, MIT发展了APT(Automatically Programmed Tools) 数控加工自动编程语言, 这是目前国际上最为通用的加工 编程工具。 整个20世纪50年代, 使用的都是电子管计算机, 用机器语言编程。 计算机仍以科学计算为主, 为之配置的 图形设备仅具有输出功能, 计算机图形学处于被动式的图 形处理阶段。
(4)图形信息的存储、 检索与交换技术。 例如, 图 形信息的各种机内外表示方法、 组织形式、存取技术、 图 形数据库的管理、 图形信息的通信等。
(5) 人机交互与用户接口技术。 例如, 新型定位设 备、 选择设备等的研发, 各种交互技术如构造技术、 命令 技术、 选择技术、 响应技术等的研究, 以及用户模型、 命 令语言、 反馈方法、 窗口系统等用户接口技术的研究等。

2024年度-计算机图形学课件

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画。
关键帧动画技术的优缺点
03
优点在于制作灵活、效果好,缺点在于需要手动设置关键帧,
工作量大。
21
过程动画技术
过程动画的概念
通过定义物体的形状、属性以及它们之间的变化过程来生成动画 。
过程动画的实现方法
参数化曲线和曲面、粒子系统、分形等。
过程动画技术的优缺点
优点在于可以生成复杂的自然现象,缺点在于难以精确控制动画效 果。
裁剪算法
用于将三维图形裁剪到指定的视口或裁剪平面内,常见算法有CohenSutherland裁剪算法和Liang-Barsky裁剪算法。
17
三维图形真实感绘制
光照模型
模拟光线在物体表面的反射和折射,常 用光照模型包括Phong光照模型和 Blinn-Phong光照模型。
阴影生成
通过计算光线在物体间的遮挡关系生 成阴影,常见方法有阴影贴图和阴影
从早期的二维图形绘制到现在的 三维图形渲染,计算机图形学经 历了数十年的发展,已经成为计 算机科学中一个重要的分支。
4
计算机图形学的应用领域
游戏开发
游戏中的场景、角色、 特效等都需要计算机图
形学的支持。
影视制作
电影、电视剧中的特效 制作、场景建模等都需 要用到计算机图形学技
术。
工业设计
汽车、飞机、家电等产 品的设计和制造过程中 ,需要进行大量的三维
计算机图形学课件
1
目 录
• 计算机图形学概述 • 计算机图形学基础 • 二维图形生成与处理 • 三维图形生成与处理 • 计算机动画原理与技术 • 计算机图形学应用实例分析
2
01 计算机图形学概 述 3
计算机图形学的定义与发展
定义

计算机图形学ppt(共49张PPT)

计算机图形学ppt(共49张PPT)

过程动画技术
过程动画的概念
通过定义物体的运动规律或过程,由计算机自动生成动画。
过程动画的实现方法
基于物理模拟、基于过程建模、基于行为建模等。
过程动画的应用场景
自然现象的模拟(如风、雨、雪)、物体的变形和破碎效果等。
基于物理的动画技术
基于物理的动画概念
利用物理引擎模拟现实世界中的物理现象,生成逼真的动画效果 。
表面模型(Surface Model)
用多边形面片逼近三维物体的表面。
实体模型(Solid Model)
定义三维物体的内部和外部,表示物体的实体。
光线追踪(Ray Tracing)
模拟光线在三维场景中的传播,生成真实感图形。
三维图形的变换与裁剪
几何变换(Geometric Trans…
包括平移、旋转、缩放等变换,用于改变三维物体的位置和形状。
如中点画圆算法,利用圆 的八对称性,通过计算决 策参数来生成圆。
多边形的生成算法
如扫描线填充算法,通过 扫描多边形并计算交点来 生成多边形。
二维图形的变换与裁剪
二维图形的变换
包括平移(Translation)、旋转(Rotation)、 缩放(Scaling)等变换,可以通过变换矩阵来实 现。
二维图形的裁剪
Screen-Space Methods
利用屏幕空间信息进行半透明 物体的渲染,如屏幕空间环境 光遮蔽(SSAO)和屏幕空间 反射(SSR)。
06
计算机动画技术
Chapter
计算机动画概述
计算机动画的定义
01
通过计算机生成连续的动态图像,实现虚拟场景和角色的动态
表现。
计算机动画的应用领域
02
影视特效、游戏设计、虚拟现实、工业设计等。

《计算机图形学》课件

《计算机图形学》课件
04
光照模型与阴影生成算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现实和 电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体 的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理 压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现 实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作 。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色,提供沉浸式 的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现,帮助人们理 解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境,实现人机交互,增强现实 感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据,通常 用于表示真实世界或模拟的视觉信息 。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示,为观众提供沉浸式的 观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理,将三维物体以全息图像 的形式呈现出来,使观众能够从不同角度观察到物体的立体 形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性 的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合,提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度(或 明度)来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道 。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值 来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布 和强度,以达到特定的
视觉效果。
图像分割

计算机图形学_完整版 ppt课件

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三维观察设备 虚拟现实系统的输出显示设备 ……
输入设备
键盘、鼠标 按钮盒、旋钮 跟踪球、空间球 操作杆 触觉反馈设备 数据手套、数据衣 数字化仪 扫描仪 触摸板 光笔 ……
硬拷贝设备
打印机 喷墨 激光 ……
绘图仪 台式 大型滚动传送式 ……
图形硬件系统组成模块示意图:
或称图形坐标系、用户坐标系、全局坐标系 如在世界坐标系中进行装配
观察坐标系(viewing coordinate)
对场景进行观察所对应的坐标系 对象经变换到该场景的一个二维投影——投影变换
规范化坐标系(normalized coordinate)
可使图形软件与特定输出设备的坐标范围无关 坐标范围:-1~1,或0 ~ 1 等等
在场景中对物体移动、旋转、缩 放、扭曲等,或转换模型坐标系
3D→2D,并对观察区域进行裁 剪和缩放
一种伪变换,对窗口上的最终输 出进行移动、缩放等
三维几何变换
可用4×4矩阵操作统一表示二维和三维几何变换
缩放、旋转、 对称、错切等
平移
投影
整体缩放
基本变换:平移、旋转、缩放
复合变换:可由平移、旋转、缩放和其他变换的矩阵乘积 (合并)形成。
图元的绘制、显示过程
顶点 法向量、颜色、纹理… 像素
图元操作、像素操作 光栅化(扫描转换)
像素信息 帧缓存 显示器
调用底层函数,如 setPixel (x,y);将当 前像素颜色设定值存 入帧缓存的整数坐标 位置(x,y)处。
图元描述与操作
几何图元由一组顶点(Vertex)描述 这一组顶点可以是一个或是多个。每个顶点信息二维或 三维,使用 2~4 个坐标。顶点信息由位置坐标、颜色 值、法向量、纹理坐标等组成。

计算机图形学知识要点课件

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投影变换可以分为正交投影和透视投 影两种类型。
透视投影将三维图形按照透视的方式 投影到二维平面上,产生近大远小的 效果,使图形更加真实。
01
光照与材 质
光照模型
漫反射模型
光线在平滑表面以相同的方向散开,计算公式为 `I = kd * Ii`, 其中 `I` 是表面亮度,`kd` 是漫反射系数,`Ii` 是入射光亮度。
01基础知识颜色理论010203
颜色空间
描述颜色的不同方式,如 RGB、CMYK等。
颜色模型
用于描述和显示颜色的系 统,如RGB、HSV等。
颜色深度
表示图像中可用的颜色数 量的度量。
图像处理基础
像素
构成数字图像的最小单位。
位深
描述像素值的范围或精度。
图像分辨率
描述图像的细节程度。
图形渲染基础
颜色空间
用于表示颜色的数据结构,如RGB、 HSV等。
04
01
计算机图形学前沿 技术
实时渲染技术
实时渲染技术
实时渲染技术是计算机图形学中的一 项重要技术,它能够在实时生成逼真 的图像。这种技术广泛应用于游戏、 电影制作、建筑设计等领域。实时渲 染技术通过使用高级着色语言和高效 的图形处理算法,能够以极快的速度 生成高质量的图像。
虚拟现实与增强现实技术
虚拟现实技术
虚拟现实技术是一种能够创建和体验虚 拟世界的计算机技术。它通过模拟人的 视听和触觉等感官体验,使用户仿佛身 临其境地置身于一个由计算机生成的三 维虚拟环境中。虚拟现实技术广泛应用 于游戏、教育、医疗、军事等领域,为 用户提供沉浸式的体验。
VS
增强现实技术
增强现实技术是一种能够将虚拟信息融合 到真实世界中的技术。它通过在用户的视 野中叠加虚拟物体或信息,使用户能够在 现实世界中看到和交互虚拟对象。增强现 实技术广泛应用于游戏、教育、医疗、工 业等领域,能够提供更加丰富和多样化的 用户体验。

计算机图形学

计算机图形学

计算机图形学计算机图形学是研究计算机如何生成、处理和显示图像的一门技术。

它广泛应用于游戏、电影、医学、设计等领域。

随着计算机技术的发展,计算机图形学也在不断发展,涌现出许多新技术和应用。

计算机图形学包括三个主要方面:几何建模、光线追踪和渲染。

几何建模是指将物体转化为计算机可识别的几何形状。

光线追踪则是模拟光线在物体表面反射的过程,计算出每个像素对应的颜色和亮度。

渲染是将光线追踪得到的结果转化为最终图像。

在几何建模方面,最常用的方法是三维建模。

通过对物体的三维表示,可以方便地对其进行操作和变换,例如平移、旋转、缩放等。

为了更加高效地进行三维建模,有许多专业软件可供使用,例如Maya、3ds Max等。

在光线追踪方面,传统的方法是基于光线与物体表面的交点的计算方式,不仅计算量大,而且无法处理光线经过透明物体时的折射和反射现象。

近年来,随着GPU技术的发展,实时光线追踪逐渐成为了一种趋势。

实时光线追踪可以透过硬件加速,快速高效地计算光线与物体的交点,同时可以处理复杂的折射和反射现象,呈现出更高质量的图像效果。

另外,计算机图形学还包括了许多其他技术,例如纹理映射、反走样等。

纹理映射是将纹理贴图应用到物体表面上,增加了物体表面的细节和真实感。

反走样则是一种消除图像锯齿的方法,采用一种特殊的抗锯齿算法来实现。

在应用方面,计算机图形学为许多领域提供了广泛的支持。

游戏中的场景和角色的建模、光照、渲染等都离不开计算机图形学技术。

电影中的特效和CGI也应用了许多计算机图形学技术。

医学影像学中,计算机图形学可以对医学影像进行三维重建,并进行可视化呈现。

设计领域中,计算机图形学可以帮助设计师进行三维建模和渲染,以实现更加真实的设计效果。

总之,计算机图形学已经成为了现代科技中不可或缺的一部分。

随着技术的不断发展,其应用范围也在不断扩大,未来光明前景。

一、计算机图形学的起源计算机图形学的起源可以追溯到20世纪50年代。

当时,计算机还没有进入人们的生活,它只是一种庞大的科学仪器。

计算机图形学简介

计算机图形学简介
(5)环保无辐射
缺点: 耗电量大 画质随时间递减 散热环境需良好 使用寿命较短
5.液晶显示器LCD (Liquid Crystal Display)
LCD是靠后方一组日光灯管发光,然后经由一组菱镜片 与背光模块,将光源均匀地传送到前方,依照所接收的 影像讯号,液晶画素玻璃层内的液晶分子会作相对应的 排列,决定哪些光线是需偏折或阻隔的
1974年 ANSI“与机器无关的图形技术“会议上 1977年 美国计算机协会ACM提出了CGS(核心图形系统) 国际标准化组织ISO: 计算机图形核心系统及其语言联编(GKS)
三维图形核心系统及其语言联编(GKS-3D) 程序员层次交互式图形系统及其语言联编(PHIGS) 计算机图形接口(CGI) 计算机图形源文件(CGM) 基本图形转换规范(IGES) 产品数据转换规范(STEP)
⑵利用计算机对这个模型进行必要的处理,产生 能正确反映对象的某种性质的图形输出.
2.图形学主要研究内容
⑴ 图形的生成和表示技术 ⑵ 图形的操作与处理方法 ⑶ 图形输出设备与输出技术的研究 ⑷ 图形输入设备、交互技术及用户接口技术的研究
⑸ 图形信息的数据结构及存储、检索方法 ⑹ 几何模型构造技术(造型,颅骨”克隆”技术) ⑺ 动画技术 3DMAX,FLASH ⑻ 图形软硬件的系列化、模块化和标准化的研究 ⑼ 科学计算的可视化
第四节 图形系统的硬件
1.计算机图形系统的硬件组成 计算机、显示处理器(DPU)、图形显示器、输入 设备和硬拷贝设备
2.CRT(Cathode Ray Tube)显示器工作原理图
电子枪(Electron gun)、偏转线圈(Deflection coils)、 荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(phosphor)和玻璃外壳 (荧光屏)五部分组成

计算机图形学概述分析课件

计算机图形学概述分析课件

电影特效中的计算机图形学
3D建模与贴图
利用计算机图形学,电影制作人员可以 创建逼真的3D场景和角色模型,为电 影添加视觉效果。
合成与渲染
利用计算机图形学技术,电影中的多 个特效和场景可以合成在一起,并通
过渲染得到最终的视觉效果。
特效制作
通过计算机图形学,电影中的特效如 火、水、烟雾等得以实现,增强电影 的视觉冲击力。
计算机图形学概述分析 课件
目录
Contents
• 计算机图形学简介 • 计算机图形学基础知识 • 计算机图形学关键技术 • 计算机图形学应用案例 • 计算机图形学未来发展
01 计算机图形学简介
定义与概念
定义
计算机图形学是研究使用计算机生成 和操作图形的科学。
概念
通过编程技术,将数据转化为图像并 在屏幕上显示。
发展历程
起步阶段
20世纪50年代,计算机图形学开始起步,主要应用于科学可视化 。
发展阶段
20世纪80年代,随着个人电脑的普及,计算机图形学在娱乐、广 告等行业得到广泛应用。
成熟阶段
21世纪初,随着计算机硬件和软件技术的飞速发展,计算机图形 学在电影制作、游戏设计等领域达到高峰。
应用领域
电影与游戏制作
增强。
02 计算机图形学基础知识
图像表示与处理
01
02
03
图像数字化
将连续的图像转换为离散 的像素集合,便于计算机 处理。
图像编码与压缩
通过特定的算法对图像数 据进行压缩,以减少存储 空间和传输时间。
图像增强
通过各种技术改善图像的 视觉效果,如对比度增强 、噪声去除等。
颜色理论与空间
RGB颜色模型
将三维场景转换到二维屏幕上的过程 ,涉及到颜色、光照和纹理等细节的 处理。

计算机图形学

计算机图形学

计算机图形学(Computer Graphics)是研究怎样用计算机生成、处理和显示图形的一门新兴学科,国际标准化组织(ISO)定义为: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、方法和技术的学科计算机图形学的基本含义是使用计算机通过算法和程序在显示设备上构造出图形来。

与此相反,图像处理是将客观世界中原来存在的物体的影像处理成新的数字化图像的相关技术,并研究如何从图像中提取二维或三维物体的模型。

它所研究的是计算机图形学的逆过程计算机图形学的应用1. 图形用户界面2. 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)3. 事务和商务数据的图形展示4. 地形地貌和自然资源的图形显示5. 过程控制及系统环境模拟6. 电子出版及办公室自动化7. 计算机动画和艺术8. 科学计算的可视化9. 工业模拟10. 计算机辅助教学数值微分法对直线上任何给定的x的增量△x和y的增量△y,有下列计算公式:△y =k·△x (3–2)或△x = △y / k (3–3) 对于具有斜率绝对值|k|<1的线段,可以让x从起点到终点变化,每步递增(或递减)1,即令△x =±1,则△y =±k。

若前一次的直线上像素点坐标为(x i,y i),这一次的直线上像素点坐标为(x i+1,y i+1),则x i+1 = x i±1,y i+1 = y i±k。

随后用putpixel 函数输出该像素的颜色值即可。

对于具有斜率绝对值|k|>1的线段,可以让y从起点到终点变化,每步递增(或递减)1,即△y=±1,用(3–3)式计算对应的x增量,即△x=±1/kBresenham画线算法此算法的一个主要思想是借助于一个决策变量dk,来确定下一个该点亮的像素点。

对于直线斜率k在0~1之间的情况,如图3.3 所示,从给定线段的左端点(x1,y1)开始,逐步处理每个后续列(x位置),并在扫描线y值最接近线段的像素上绘出一点。

计算机图形学完整ppt课件

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工业设计
利用计算机图形学进行产品设计、仿 真和可视化,提高设计效率和质量。
建筑设计
建筑师使用计算机图形学技术创建三 维模型,进行建筑设计和规划。
计算机图形学的相关学科
计算机科学
计算机图形学是计算机科学的一个重 要分支,涉及计算机算法、数据结构、 操作系统等方面的知识。
物理学
计算机图形学中的很多技术都借鉴了 物理学的原理,如光学、力学等,用 于实现逼真的渲染效果和物理模拟。
02
03
显示器
LCD、LED、OLED等,用 于呈现图形图像。
投影仪
将计算机生成的图像投影 到大屏幕上,用于会议、 教学等场合。
虚拟现实设备
如VR头盔,提供沉浸式的 3D图形体验。
图形输入设备
键盘和鼠标
最基本的图形输入设备,用于操 作图形界面和输入命令。
触摸屏
通过触摸操作输入图形指令,常 见于智能手机和平板电脑。
多边形裁剪算法
文字裁剪算法
判断一个多边形是否与另一个多边形相交, 如果相交则求出交集部分并保留。
针对文字的特殊性质,采用特殊的裁剪算法 进行处理,以保证文字的完整性和可读性。
05
光照模型与表面绘制
光照模型概述
光照模型是计算机图形学中用于模拟光线与物体表面交互的数学模型。
光照模型能够模拟光线在物体表面的反射、折射、阴影等效果,从而增强图形的真 实感。
二维纹理映射原理
根据物体表面的顶点坐标和纹理坐标,计算出每个像素点对应的纹 理坐标,从而确定像素点的颜色值。
二维纹理映射实现方法
使用OpenGL中的纹理映射函数,将纹理图像映射到物体表面。
三维纹理映射技术
三维纹理坐标
定义在三维空间中的坐标,表示纹理图像上的位置。

计算机图形学PPT课件

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三维图形投影方法
正投影
平行光线垂直投射到投影面上 ,形成物体的正投影。
斜投影
平行光线与投影面成一定角度 投射,形成物体的斜投影。
透视投影
从视点出发,通过透视变换将 三维物体投影到二维平面上。
阴影生成
根据光源位置和物体形状,计 算阴影的位置和形状。
05
真实感图形绘制技术
Chapter
消隐技术
消隐算法分类
计算机图形学PPT课件
目录
• 引言 • 图形系统基础 • 基本图形生成算法 • 三维图形变换与观察 • 真实感图形绘制技术 • 曲线与曲面绘制技术 • 计算机动画技术 • 计算机图形学前沿技术
01
引言
Chapter
计算机图形学概述
01
02
03
计算机图形学定义
研究计算机生成、处理和 显示图形的一门科学。
平移变换 旋转变换 缩放变换 镜像变换
将三维图形沿x、y、z方向移动一 定距离,不改变图形形状和大小 。
在x、y、z方向分别进行缩放,可 改变图形的大小和形状。
三维图形复合变换
变换顺序
先进行缩放、旋转,再进行平移,注意变换顺序对结果的影响。
变换矩阵
将各种基本变换表示为矩阵形式,便于进行复合变换的计算。
医学诊断
通过计算机图形学技术,医生可以更 直观地了解病人病情,进行更准确的 诊断和治疗。
军事模拟
计算机图形学在军事模拟和训练中发 挥重要作用,提高训练效果和作战能 力。
THANKS
感谢观看
通过模拟自然现象或物理过程,生成具有真实感的动画效 果。
过程动画制作流程
建立自然现象或物理过程的数学模型,利用计算机图形学 技术模拟模型的运动和变化过程,生成具有真实感的动画 效果。

2024版计算机图形学课件ppt课件

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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虚拟现实和增强现实VR 图形学来生成和处理三维场景。

工业设计师使用计算机图形学技术来设计和模拟产品的外观和性能。

建筑设计建筑师使用计算机图形学技术来设计和可视化建筑模型。

游戏开发游戏中的场景、角色、特效等都需要计算机图形学的支持。

影视制作都需要用到计算机图形学技术。

计算机科学数学物理艺术02计算机图形学基础Chapter图形与图像的基本概念图形与图像的定义图形是指用矢量方法描述的图像,由几何图元(点、线、面等)组成;图像则是由像素点组成的位图。

图形与图像的区别图形具有矢量特性,可以无限放大而不失真;而图像放大后会失真,因为其由固定数量的像素点组成。

计算机图形学的研究内容研究如何在计算机中表示、生成、处理和显示图形的一门科学。

色彩模型与颜色空间色彩模型01颜色空间02常见的色彩模型与颜色空间031 2 3光栅图形矢量图形光栅图形与矢量图形的比较光栅图形与矢量图形图形显示设备与坐标系统图形显示设备01坐标系统02设备坐标系与逻辑坐标系0303图形生成技术Chapter直线生成算法DDA算法Bresenham算法中点画线法圆生成算法八分法画圆中点画圆法Bresenham画圆法扫描线填充算法边界填充算法洪水填充算法030201多边形填充算法01020304几何变换光照模型投影变换纹理映射三维图形生成技术04图形变换与裁剪技术Chapter01020304将图形在平面上沿某一方向移动一定的距离,不改变图形的大小和形状。

平移变换将图形绕某一点旋转一定的角度,不改变图形的大小和形状。

旋转变换将图形在某一方向上按比例放大或缩小,改变图形的大小但不改变形状。

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,不改变物体的大小和形状。

将三维物体绕某一轴旋转一定的角度,不改变物体的大小和形状。

计算机图形学知识要点课件

计算机图形学知识要点课件

Unity
一款跨平台的游戏开发引 擎,支持实时3D渲染和物 理模拟等功能。
图形硬件加速技术
DirectX
微软开发的图形应用程序编程接口,用于加速三维图形渲染和音 频处理等功能。
OpenGL
跨平台的图形应用程序编程接口,提供了一套标准的绘图函数接口 ,支持多种操作系统和硬件平台。
Vulkan
新一代的跨平台图形应用程序编程接口,旨在提供高性能的图形渲 染和并行计算能力。
06
案例分析
游戏中的计算机图形学应用
游戏画面渲染
计算机图形学技术用于实现游戏 中的画面渲染,包括光照计算、 纹理映射、阴影处理等,以提供
逼真的视觉效果。
角色与场景建模
利用三维建模技术,创建游戏中的 角色和场景,通过骨骼动画等技术 实现角色的动态效果。
游戏物理引擎
基于物理模拟的计算机图形学技术 ,用于实现游戏中的物理效果,如 碰撞检测、物体运动轨迹等。
03
高级技术
纹理映射
纹理映射是一种将图像或纹理贴图应用到三维模型表面的技术。通过纹理映射, 可以在不改变模型几何形状的情况下,为其添加更丰富的细节和质感,从而提高 模型的视觉效果。
纹理映射的关键技术包括纹理坐标、纹理采样、纹理过滤和纹理合成等。纹理坐 标用于确定纹理在模型表面的位置,纹理采样用于从纹理图像中获取颜色信息, 纹理过滤用于平滑颜色过渡和减少纹理细节的失真,而纹理合成则可以创建新的 纹理。
准确性。
04
图形硬件与软件
GPU的工作原理
渲染管线
GPU的渲染管线包括顶点着色器、几何着 色器、光栅化、片段着色器和输出合并等 阶段,用于将三维场景转换为二维图像。
纹理采样器
纹理采样器用于从纹理中采样像素颜色, 并将其应用到几何形状上,以实现纹理贴

计算机图形学课件

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具体操作
裁剪和交叠的实现需要用到裁剪面和 视景体等概念,裁剪面是指与图形相 交的面,视景体是指观察者所能看到 的区域。在进行裁剪时,需要判断图 形的各个部分是否在裁剪面内,并根 据情况对图形进行裁剪;在进行交叠 时,需要将图形按照一定的顺序排列 ,以避免重叠遮挡。
应用
裁剪和交叠广泛应用于计算机图形学 中的图形绘制和渲染等领域,它们能 够提高绘制的效率和效果。
04
计算机图形学高级技术
真实感图形渲染
总结词
通过复杂的算法和计算,将图形渲染为具有高度真实感的图像。
详细描述
真实感图形渲染技术包括对光线的模拟、阴影的处理、反射和折射的效果等 ,以产生具有真实感的图像。
纹理映射和环境贴图
总结词
将纹理和环境贴图映射到三维模型上,增加模型的细节和视觉效果。
详细描述
个基本属性。
光照和阴影
环境光
来自周围环境的均匀照射光。
点光源
从一个点发出的光,可以产生阴影效果。
方向光
纹理映射
来自一个特定方向的光,可以产生阴影效果 。
将纹理图像映射到三维模型表面,增加视觉 效果的真实感。
纹理和材质
纹理贴图
将纹理图像映射到三维模型表面,增加视 觉效果的真实感。
纹理坐标
指定纹理贴图在三维模型表面的位置和方 向。
分类
视图变换分为固定视角和自由视 角两种,固定视角是指观察者视 角固定,只能观察到场景的某一 个固定方向,而自由视角则允许 观察者在场景中自由移动,观察 到场景的任意方向。
应用
视图变换广泛应用于三维游戏、 虚拟现实等领域,它能够提供更 加真实的观察体验。
裁剪和交叠
定义
裁剪是指在绘制图形时,将图形的一 部分隐藏在视景体之外,以避免不必 要的绘制;交叠是指在绘制多个图形 时,将它们按照一定的顺序排列,以 避免重叠遮挡。
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《计算机图形学》思考练习题第一章计算机图形学概论1.比较计算机图形学与图象处理技术相同点和不同点。

计算机图形学是研究怎样用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。

图像处理技术研究如何对连续图像取样、量化以产生数字图像,如何对数字图像做各种变换以方便处理,如何滤去图像中的无用噪声,如何压缩图像数据以便存储和传输,图像边缘提取,特征增强和提取。

2.列举三个计算机图形的应用实例。

勘探、绘制地形地貌,系统模拟,虚拟现实。

辅助教学设计。

3.简述计算机图形学发展动向。

造型技术—真实图形生成技术—人机交互技术—基于网络的图形技术第二章计算机图形系统概述1.叙述计算机图形系统的基本功能。

输入、输出、计算、存储、对话他的基本功能是帮助人们设计、分析、采集、存贮图形、视频甚至音乐等信息。

2.输入设备可有哪几种逻辑功能请举出各自对应的物理设备。

.定位(locator): 指定一个坐标点。

对应的物理设备有鼠标器、键盘、数字化仪、触摸屏等。

.笔划(stroke): 指示一个坐标点系列, 如指定一条曲线的控制点等。

主要物理设备有数字化仪。

.送值(valuator): 输入一个数值。

最常用的物理设备是键盘的数字键。

.字符串(string):输入一个字符串。

键盘字母键.拾取(pick):各种定位设备.选择(choise): 鼠标器,数字化仪,键盘功能键等3.画出图形软件的层次结构及主要组成。

------------------------------------| 应用程序|| ----------------------------| | 图形支撑软件|| | -------------------| | | 高级语言|| | | ------------| | | | 操作系统|------------------------------------主要部分:图形核心系统GKS 计算机图形元文件CGM 计算机图形设备接口CGI程序员层次结构图形系统PHIGS4.颜色查找表的概念及实现原理。

颜色查找表是一维线性表,其每一项的内容对应一种颜色,它的长度由帧缓存单元的位数决定。

实现原理:把颜色码放在一个独立的表中,帧缓存存放的是颜色表中各项的索引值,这样在帧缓存单元的位数不增加的情况下,具有了大范围挑选颜色的能力。

5.光栅扫描显示器结构与工作原理。

工作原理:在这种显示器中,电子束的运动轨迹是固定的。

即从左到右、自上而下扫描荧光屏,来产生一幅光栅。

特点:由于图形是以点阵的形式存储在帧缓冲器中。

所以光栅扫描显示器的电子束按从上到下、从左到右的顺序依次扫描屏幕,来建立图形。

6.为什么要制订图形软件标准举例说明它的分类。

制定图形软件标准的目的在于使图形软件能够在不同的计算机和图形设备之间进行移植,以便提高图形软件的利用率, 降低开发成本,缩短研制周期, 使图形软件向着通用、高级与设备无关的方向发展。

数据接口标准:CGM子程序接口标准:GKS、CGI、PHIGS第三章基本图形生成算法1.Bresenham 直线生成算法原理。

它与DDA 算法相比,有何改进算法思想: 根据直线的斜率确定选择X或者Y方向作为计长方向, 在此方向上每次递增一个单位步长(或者一个像素单位), 另一个方向上是否同时产生一个单位增量由一个计算量很小的判别式来判断。

DDA为增量算法。

它根据每一次增长时在另一轴上的增长计算下一个点应该画在哪里。

Bresenham算法与它相比,由于全部采用了整数计算,使算法效率比起DD有大大提高,程序中只含有+ - 和*2的计算,便于使用计算机内硬件实现。

2.比较几种常用画圆弧算法的原理和效率。

1)Bresenham算法思想其基本方法是从一个起点出发, 利用判别式选择下一个显示点。

判别式的值通过简单计算获得, 其符号用作判断。

只计算出1/8圆的点的位置,就可以画出整个圆来,效率高。

2)正负法:首先区分不同象限的圆弧,然后,选定圆弧起点后,在输出圆弧过程中,根据当前点位置与理想圆弧的关系和所在象限,决定下一次的走向每次只在X或Y方向走步取点,这样一点一点逼近圆弧形状。

在整个计算过程中,只使用了+ - 和*2运算,提高了硬件使用率。

比起Bre算法,它更为简单。

但生成的点数要比Bre多。

3.简述两种字符生成方法。

一种是在计算机中用笔划(矢量)方式来表示,然后通过扫描转换生成, 这是目前常用的方法,生成的字符效果好, 但计算量大;另一种是在计算机内用位图(点阵)来表示, 存储在字符高速缓冲区(字符发生器)里, 显示时可以直接通过像素拷贝将其装入显示缓冲区中。

这是传统的方法,简单、速度快,但不灵活。

4.何谓四连通和八连通写出一种边界表示的八连通区域填充算法。

4连通区域:取区域中的任何两个像素,从一象素出发,通过上、下、左、右4种运动,只经过该区域的点可以达到另一像素。

8连通区域:取区域中任何两个像素,从一象素出发通过上、下、左、右、两条对角线方向共8种运动,只经过该区域的点可达到另一像素。

漫水法:Procedure flood-fill-4(x,y,boundary-color,new-color:integer)beginif getpixel(framebuffer,x,y)<>boundary-color andgetpixel(framebuffer,x,y)<>new-colorthen beginsetpixel(framebuffer,x,y,newcolor);flood-fill-4(x, y+1, boundary-color,new-color);flood-fill-4(x, y-1, boundary-color,new-color);flood-fill-4(x+1, y, boundary-color,new-color);flood-fill-4(x-1, y, boundary-color,new-color);flood-fill-4(x+1, y+1, boundary-color,new-color);flood-fill-4(x-1, y-1, boundary-color,new-color);flood-fill-4(x+1, y+1, boundary-color,new-color);flood-fill-4(x-1, y-1, boundary-color,new-color);endend5.解释活化边表的思想,以多边形区域填充为例介绍它的应用。

边的活化链表AEL:记录当前扫描线与棱边的交点序列。

初值为空,在处理过程中利用ET表和求交点的递推关系不断刷新。

.链表AEL的边元素由以下4个域组成:ymax:该棱边的上端点的y坐标;x:该棱边与当前扫描线交点的x坐标;Dx:该棱边的斜率m的倒数;next:指向下一条棱边的指针。

6.已知多边形各个顶点的坐标为(2,2), (2,4), (8,6), (12,2), (8,1), (6,2)及(2,2), 在用扫描线填充算法实现扫描转换时, 写出其边表(ET)和全部的活化边表(AET)的内容。

第四章图形变换与裁剪1.什么是灭点在我们从一定的视角看3D图形时,会看到彼此平行的直线在远处有交点,这个交点就叫做灭点。

2.试用几种不同顺序的简单几何变换,求出将平面上的任一线段P1(x1,y1), P2(x2, y2)变换成与X 轴重合的变换阵,并说明其等效性。

斜率为k = (y2-y1)/ x2-x1 ,可以使用以下几种方法进行变换:a.先把它平移到原点处,再旋转成水平线。

其变换矩阵为/1 0 0 \ / cosθsinθ0 \T = | 0 1 0 | | -sinθcosθ0 |\-x1 –y1 1 / \ 0 0 1 /(其中θ= arctag(k) )b. 先旋转,使它水平,再平移到X轴上/ cosθsinθ0 \ /1 0 0 \T = | -sinθcosθ0 || 0 1 0 |\ 0 0 1 / \Tx 0 1 /(其中Tx 可由几何计算得出)c.先平移,使原点在其所在的直线上,再旋转/1 0 0 \ / cosθsinθ0 \T = | 0 1 0 | | -sinθcosθ0 |\0 My 1 / \ 0 0 1 /其中My = x1*(y2-y1)/(x2-x1) – y1由计算结果可知,三者是等价的。

3.已知OXYZ 坐标系下平面方程是x+y+z+d=0,试求变换距阵T,使该平面在O’X’Y’Z’坐标系下变成z’=0。

三维坐标变换:比例变换:/ a 0 0 0 \T = | 0 e 0 0 || 0 0 i 0 |\ 0 0 0 1 /其中a,e,i分别为在X,Y,Z坐标上的比例改变平移变换:/ 1 0 0 0 \T = | 0 1 0 0 || 0 0 1 0 |\ l m n 1 /其中a,e,i分别为在X,Y,Z坐标上的平移量旋转变换:(手写)4.试简述二维图形裁剪的基本原理及可选用的裁剪策略.裁剪的原理: . 在显示图形之前, 组成图形的每一个基本元素都要经过裁剪, 因此裁剪算法直接影响整个图形系统的效率。

. 裁剪的基本目的是判断图形元素是否在所考虑的区域内。

如在区域内, 则进一步求出在区域内的那一部分。

因此裁剪处理包含两部分内容:1)点在区域内外的判断;2)计算图形元素与区域边界的交点。

1.编码裁剪法(Sutherland-Cohen算法)2.中点分割裁剪法3.多边形的裁剪1. 逐边裁剪法2. 双边裁剪法第五章人机交互技术1. 基本的交互任务有哪些它们可用什么设备执行基本交互任务1. 定位2. 选择3. 数量输入4. 文本输入5. 三维交互任务2. 举例说明WINDOWS 系统常用的交互方式,编程实现其中一例。

3. 叙述设计人机交互的一般风格和原则。

现在计算机系统的人机界面一般具有下列风格,即: “所见即所得”(what you see is what you get) ,直接操作(direct manipulate)及菜单和图形符号(icon)驱动。

–“所见即所得”在交互式图形系统中一般都能做到, 即在屏幕上所见到的设计结果和用硬拷贝所得的输出结果是一致的。

–直接操作是对对象、特性及关系等操作时用户可得到一种直观及形象的表示, 以说明这个操作是正确地被执行了。

人机界面设计的一些基本原则:(1) 简单易学(2) 提供反馈(3) 对错误操作容易纠正Undo(4) 设计一致性功能布局、颜色、代号等应一致第六章曲线曲面的表示1. Bezier 曲线具有哪些特性试用n 的归纳法证明其凸包性。

2. B 样条曲线的定义及其特点。

特点:(1) 凸包性(2) 分段参数多项式(3)连续性(4)几何不变性(5)保凸性(6)局部调整性(7)造型灵活性3. 比较Bezier 曲面和B样条曲面的功能特点。

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