1 计算机图形学概述
计算机图形学面试题
计算机图形学面试题第一章概述;1、计算机图形学研究的是什么?;计算机图形学研究的是通过计算机将数据转换为图形，;2、计算机图形学处理的图形有哪些?;计算机图形学处理的图形有：专题图件、类似于照片的;3、二维图形的基本操作和图形处理算法包含哪些内容;对图形的平移、缩放、旋转、镜像、错切等操作，此外;4、什么叫科学计算可视化技术?;这是20世纪90年代计算机图形学领域的前沿课题;第一章概述1、计算机图形学研究的是什么?计算机图形学研究的是通过计算机将数据转换为图形，并在专门的设备上输出的原理、方法和技术。
2、计算机图形学处理的图形有哪些?计算机图形学处理的图形有：专题图件、类似于照片的三维逼真图形、实体的视图、抽象图等。
3、二维图形的基本操作和图形处理算法包含哪些内容?对图形的平移、缩放、旋转、镜像、错切等操作，此外还包括二维图形的裁剪、多边形填充以及二维图形的布尔运算(并、交、差)等。
4、什么叫科学计算可视化技术?这是20世纪90年代计算机图形学领域的前沿课题。
研究的是，将科学计算中大量难以理解的数据通过计算机图形显示出来，从而加深人们对科学过程的理解。
例如，有限元分析的结果，应力场、磁场的分布，各种复杂的运动学和动力学问题的图形仿真等。
5、计算机图形学的应用领域有哪些?计算机图形学处理图形的领域越来越广泛，主要的应用领域有：计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)、科学计算可视化、地理信息系统与制图、事务管理和办公自动化、虚拟现实系统、过程控制和指挥系统、计算机动画。
6、计算机图形系统的硬件设备有哪些?硬件设备包括主机、输入设备和输出设备。
输入设备通常为键盘、鼠标、数字化仪、扫描仪和光笔等。
输出设备则为图形显示器、绘图仪和打印机。
7、在彩色CRT的荫罩法技术中，说说每个象素的组成结构?谈谈彩色是如何产生的? 彩色CRT显示器中，每个象素位置上分布着呈三角形排列的三个荧光彩色点，三个荧光点分别发射红光、绿光和蓝光。
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。
计算机图形学第一讲
计算机图形学
计算机图形学概述
1.1 研究内容
1.2 发展历史 1.3 应用举例 1.4 当前研究动态
计算机图形学
1.1 研究内容
• 什么是图形？ • 构成图形的要素是什么？ • 图形有哪两种表示法？
• 图形学所研究的内容是什么？
计算机图形学
计算机图形学的研究内容涉及到用计算机对图形 数据进行处理的硬件和软件两方面的技术，以及与 图形生成、显示密切相关的基础算法： 1、二维图形元素的生成算法 点、直线、圆、弧、规则曲线、自由曲线、文 本等图元的生成。 2、二维图形的基本操作和图形处理算法 对图形的平移、缩放、旋转、镜像、错切等操 作，此外还包括二维图形的裁剪、多边形填充以及 二维图形的布尔运算（并、交、差）等。
计算机图形学
60年代 1963年，MIT林肯实验室的I. Sutherland发表了一篇 题为“Sketchpad：一个人机交互通信的图形系统” 的博士论文--确定了交互图形学作为一个学科分支 （提出基本交互技术、图元分层表示概念及数据结 构 )。 同时，雷诺汽车公司的工程师Pierre Bé zier 提出 Bé zier曲线、曲面的理论。 MIT的教授Steven A. Coons提出了超限插值的新思想， 通过插值四条任意的边界曲线来构造曲面。
计算机图形学
（3）用并行处理技术提高真实感图像的生成速 度 如采用多处理器，将一幅光栅图像的 512×512或更多个象素用几十个甚至几百个处 理器并行计算，可以明显提高图像的生成速度。 （4）探讨自然景象的模拟方法 采用纹理映射、分维技术、粒子系统等方法 再现景物表面的色彩和纹理细节，体现山峦的粗 糙岩面，重现云、火、水等飘忽不定的景色。 （5）科学可视化
计算机图形学
在医学领域，可视化有着广阔的发展前途
计算机图形学算法研究及应用
计算机图形学算法研究及应用一、计算机图形学的概述计算机图形学是一门研究计算机图形处理技术的学科，主要涉及的领域包括图像处理、计算机视觉、计算机动画等等。
计算机图形学的目的是通过数学和物理的方法来模拟出图像，使得计算机能够产生逼真的图像效果。
计算机图形学应用广泛，包括电影、游戏、动画、虚拟现实等领域。
在这些领域，计算机图形学提供了强大的技术支持，使得人们能够创造出更加美丽、逼真的图像和场景。
二、计算机图形学算法及应用1. 渲染算法渲染算法是计算机图形学中的一种核心算法，它主要用于将三维模型转换成二维图像的过程中。
渲染算法分为共价光线追踪算法和光线跟踪算法两种。
共价光线追踪算法主要是通过向屏幕中的每个像素投射一条光线，然后通过计算光线在视线与摄像机之间的碰撞点和反射光线的方向，来决定每一个像素的显示颜色。
这种算法的优点在于效率高，能够快速的渲染出逼真的图像。
光线跟踪算法则是通过相反的方式处理，反向追踪光线从像素点到场景中摄像机的路径。
这种算法的优点在于能够处理更广泛的光照条件下的图像，但相应的计算量也会增加。
2. 图像处理算法图像处理算法主要包括图像滤波、图像噪音处理、图像分割和图像拼接等。
在电影和游戏制作中，图像处理算法的应用非常广泛。
通过图像处理算法，可以对图像进行优化，去除噪声和模糊等问题。
3. 线性代数及变换算法线性代数及变换算法主要是用于转换和映射三维坐标关系至二维坐标形式中。
在计算机图形学中，线性代数起到了重要的推动作用，如3D对象的旋转、缩放，肉眼无法理解的物理效果的实现等等。
4. 计算机视觉算法计算机视觉算法主要用于实现计算机图像的理解和模拟，如人脸识别和场景识别等。
在图像识别和智能物流等领域，计算机视觉技术得到了广泛应用。
5. 计算机动画算法计算机动画算法主要用于模拟动画动态效果，如烟雾、火焰和水波等。
随着计算机技术的不断发展，计算机动画技术越来越成熟，计算机动画逐渐成为电影和游戏制作的重要手段之一。
exercises
第三章几何对象与变换
3.1 计算机图形学研究的对象位于三维仿射空间，该空间有哪三个基本元素？
3.2 对于点的线性组合，当组合系数和为哪些值时，线性组合有与坐标无关的意 义？说明取这些值时，线性组合是什么类型？ 3.3 四维齐次坐标(x,y,z,w)在什么情况下分别表示点和向量？ 3.4 试给出四维齐次坐标(x,y,z,w)表示的点所对应的三维坐标。 3.5 在 OpenGL 的渲染流水线中依次出现哪些标架？
3.13 试给出点 P(x,y,z)先平移 T(1,0,0)，再绕 z 轴逆时针旋转 45 度后的坐标。
第四章观察 4.1 根据投影线是相互平行还是会聚于一点，投影分为哪两类？ 4.2 试描述 OpenGL 中默认照相机的位置、朝向和视景体。 4.3 OpenGL 使用函数 gluLookAt(eyex, eyey, eyez, atx, aty, atz, upx, upy, upz)来设置 照相机参数，试给出 gluLookAt(1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0)所指定的 VRP、VPN 和 VUP， 并计算视图定位矩阵。
第一章计算机图形学概述 1.1 什么是图形？在计算机中，图形是如何表示的？ 1.2 试简要说明图形与图像的联系与区别。
1.3 计算机图形学的主要研究内容是什么？
1.4 试简要说明计算机图形学与其相关学科的关系 1.5 试举例说明计算机图形学的应用。
第二章计算机图形系统 2.1 构成计算机图形系统的主要元素有哪些？
第六章从顶点到片段
6.1 图形系统有哪四个主要任务？ 6.2 Cohen-Sutherland 线段裁剪算法用端点编码来减少求交计算。假设裁剪窗口 为 x=±1，y=±1，待裁剪的线段端点为(-2，-2)和(3，4)，试用 Cohen-Sutherland 算法给出裁剪过程和结果。 6.3 试给出用 Bresenham 算法对线段(0,0)->(5,3)进行光栅化的过程和结果。 6.4 隐藏面消除算法分为对象空间和图像空间两大类，试描述并比较这两类算法。 试描述该算法的流程。 6.5 z 缓冲区算法是最常使用的图像空间隐藏面消除算法，
计算机图形学第一章概述
•ห้องสมุดไป่ตู้
掌握计算机图形学研究的内
容、应用领域以及图形硬件和软件系统。
•
理解光栅扫描显示器和随机
扫描显示器的区别以及彩色显示机理。
• 课时安排：授课2学时。
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1
第一章
•
计算机图形学（Computer Graphics）是随
着计算机技术的发展而发展起来的一门新兴学科。
•
计算机图形学研究怎样通过计算机来产生图
器并行计算，可以明显提高图像的生成速度。
2019/12/24
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1.1 计算机图形学的研究内容
• （4）探讨自然景象的模拟方法 • 采用纹理映射、分维技术、粒子系统
等方法再现景物表面的色彩和纹理细节， 体现山峦的粗糙岩面，重现云、火、水等 飘忽不定的景色。 • （5）科学可视化
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• 6、科学计算可视化技术
• 这是20世纪90年代计算机图形学领域 的前沿课题。研究的是，将科学计算中大 量难以理解的数据通过计算机图形显示出 来，从而加深人们对科学过程的理解。例 如：有限元分析的结果，应力场、磁场的 分布，各种复杂的运动学和动力学问题的 图形仿真等。
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1.1 计算机图形学的研究内容
形。
• （1）专题图件：地形图、地貌图、资源分布
图、旅游资源图、土地利用现状图、管网分布图 等；
（2）照片、三维逼真图形等； （3）实体的视图，如：机械零件的正视图、侧 视图等；
（4）抽象概念的形象表示：计划图、饼图、统 计曲线、流程图等。
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2
第一章
• 国际标准化组织（ISO）对计算机图形
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。
《游戏设计》计算机图形学基础
目录
• 计算机图形学概述 • 图形系统与显示设备 • 二维图形生成与处理技术 • 三维图形生成与处理技术 • 动画原理与实现方法 • 游戏引擎中计算机图形学应用 • 总结与展望
01 计算机图形学概述
计算机图形学定义与发展
定义
计算机图形学是研究计算机生成 、处理和显示图形的一门科学。
交互与界面设计
计算机图形学还可以用于 游戏的交互和界面设计， 提升游戏的用户体验。
常见计算机图形学应用领域
游戏产业
游戏产业是计算机图形学应用最广泛 的领域之一，涵盖了从游戏策划、设
计到开发、测试等各个环节。
电影与动画产业
计算机图形学在电影与动画产 业中也扮演着重要角色，可以 制作出逼真的特效和场景。
虚拟现实与增强现实
VR/AR技术的兴起为游戏设计带来了新的可能性， 玩家可以更加沉浸在游戏世界中。
3
人工智能与图形学的结合
AI技术在图形学领域的应用日益广泛，如智能角 色动画、自适应渲染等，为游戏设计带来了更多 创新。
提高自身计算机图形学能力建议
学习基础知识
掌握计算机图形学的基本原理和算法，了解图形渲染流程和相关技术。
等。
材质与贴图
材质和贴图是表面渲染中常用的 技术，用于模拟物体表面的纹理、
颜色和反射等特性。
纹理映射与抗锯齿技术
纹理映射
纹理映射是将二维图像映射到三维物体表面的过程，用于 增强物体的真实感和细节表现。
抗锯齿技术
抗锯齿技术用于减少图像中的锯齿现象，提高图像的平滑 度和清晰度，常用的抗锯齿技术包括超采样抗锯齿和多重 采样抗锯齿等。
实践项目经验
通过参与实际项目，将理论知识应用于实践中，提高自己的动手能力。
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
计算机图形学完整ppt课件
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。
精品课件-计算机图形学(张宁蓉)-第1章
第 1 章 绪论
3. 虚拟现实也称虚拟实境, 是一种可以创建和体验虚拟世界的 计算机系统, 它利用计算机技术生成一个逼真的, 具有视、 听、 触等多种感知功能的虚拟环境。
第 1 章 绪论 4. 现在的美术人员, 尤其是商业艺术设计人员都热衷于用计 算机软件从事艺术创作。 可用于美术创作的软件很多, 如二维 平面的画笔程序(CorelDraw、 PhotoShop、 PaintShop)、 专 门的图表绘制软件(Visio)、 三维建模和渲染软件包(3DMAX、 Maya), 以及一些专门生成动画的软件(Alias、 Softimage) 等, 可以说是数不胜数。
第 1 章 绪论 1.3 计算机图形学的应用 1. 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 由于设计周期短、 成本低、 质量高, CAD/CAM是计算机图 形学的一个最广泛、 最活跃的应用领域, 如飞机、 汽车、 船 舶、 宇宙飞船、 计算机、 大规模集成电路、 民用建筑、 服 装等设计。
第 1 章 绪论 2. 科学计算可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术, 将 科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形或图像在屏幕 上显示出来, 并进行交互处理的理论、 方法和技术。
第 1 章 绪论 容易与计算机图形学的概念混淆的是图像处理。 随着学科 的发展, 图形和图像已经没有明确的界限了。 计算机图形学的 主要目的是由数学模型生成真实感图形, 其结果本身就是数字图 像。 当然, 图形有别于对实物拍摄或捡取的照片。 图形是运算 形成的抽象产物, 而图像是直接量化的原始信号形式。 它们的 定义及区别如下：
第 1 章 绪论 第1章 绪 论
1.1 计算机图形学概述 1.2 计算机图形学的发展史 1.3 计算机图形学的应用 1.4 计算机图形学的研究方向
计算机图形学(C语言)教案
计算机图形学(C语言)教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍计算机图形学的定义和发展历程C语言在计算机图形学中的应用1.2 图形系统的基本概念图形系统的硬件和软件组成坐标系统和图形坐标变换1.3 图形处理基本算法图形算法的分类常见图形算法介绍第二章：C语言图形库简介2.1 OpenGL库介绍OpenGL的概念和发展历程OpenGL的基本组成和功能2.2 GLUT库介绍GLUT的概念和功能GLUT的基本API和使用方法2.3 C语言图形库的选择和配置选择适合的图形库图形库的配置和集成第三章：图形绘制基础3.1 图形绘制基本概念图形绘制原理图形绘制流程3.2 基本图形的绘制点、线、圆的绘制方法字符和图像的显示3.3 颜色和光照处理颜色模型和颜色转换光照模型和光照计算第四章：图形变换和模型视图4.1 图形变换坐标变换和矩阵运算几何变换和图像变换4.2 模型视图视图变换和投影相机控制和视角设置4.3 三维图形绘制三维图形的建模和绘制方法曲面和体的绘制技巧第五章：动画和交互技术5.1 动画基础动画的概念和分类动画的实现方法和算法5.2 关键帧动画关键帧动画的原理和实现动画插值和优化技术5.3 交互技术用户输入和事件处理鼠标和键盘交互设计第六章：图形算法6.1 填充算法扫描线填充算法原理种子填充算法原理6.2 裁剪算法裁剪的概念和分类凸多边形裁剪算法6.3 图像分割算法图像分割的概念和应用阈值分割算法和区域生长算法第七章：图像处理基础7.1 图像处理基本概念数字图像的表示和存储图像处理的基本操作7.2 图像增强图像增强的目的和方法直方图均衡化和对比度增强7.3 图像滤波滤波器的设计和分类线性滤波和非线性滤波第八章：OpenGL高级功能8.1 纹理映射纹理映射的概念和原理纹理坐标和纹理映射过程8.2 光照模型光照模型的概念和分类Phong光照模型和Blinn-Phong光照模型8.3 阴影技术阴影的类型和方法软阴影和硬阴影的实现第九章：图形编程实践9.1 绘制一个简单的三角形设置窗口和初始化OpenGL绘制一个三角形的基本步骤9.2 实现一个简单的动画动画的原理和实现方法绘制一个旋转的立方体动画9.3 开发一个简单的图形应用程序图形应用程序的开发流程设计一个简单的3D场景第十章：项目实践10.1 项目选择和规划选择适合的项目主题制定项目开发计划10.2 项目开发和实现按计划进行项目开发解决项目开发过程中遇到的问题10.3 项目测试和优化测试项目的功能和性能对项目进行优化和改进第十一章：图形硬件和性能优化11.1 图形处理器（GPU）GPU的工作原理和架构GPU编程模型和API11.2 图形性能优化渲染管线和性能瓶颈优化技巧和策略11.3 实时图形渲染实时图形渲染的挑战实时渲染技术和算法第十二章：计算机动画12.1 动画原理和技术关键帧动画和补间动画骨骼动画和蒙皮动画12.2 动画编辑和播放动画编辑器的实现动画播放器和交互控制12.3 物理动画和效果粒子系统和不规则动画流体动力学和模拟动画第十三章：虚拟现实和增强现实13.1 虚拟现实技术VR系统的原理和设备VR应用程序开发和实践13.2 增强现实技术AR系统的原理和设备AR应用程序开发和实践13.3 混合现实和交互混合现实的概念和应用虚拟物体与现实世界的交互第十四章：图形学综合案例分析14.1 图形学应用案例游戏开发和图形学的关系图形学在其他领域的应用案例14.2 图形学项目的挑战和解决方案项目开发过程中的常见问题解决方案和最佳实践14.3 图形学未来趋势和展望图形学的发展方向图形学在未来的应用前景第十五章：课程总结和考试15.1 课程回顾本门课程的主要内容和知识点学生的学习成果和收获15.2 考试内容和策略考试的形式和要求考试的准备和复习策略15.3 课程反馈和改进学生对课程的评价和建议课程的改进方向和计划重点和难点解析第一章：重点：计算机图形学的定义和发展历程，C语言在计算机图形学中的应用。
计算机图形学报告
2. 图像分析：计算机图 形学提供了各种图像分 析工具，如阈值分割、 边缘检测和区域提取等 ，以帮助医生进行病灶 定位和性质评估。
3. 虚拟手术：通过计算 机图形学技术，医生可 以在虚拟环境中进行手 术模拟和训练，提高手 术技能和操作水平。
案例四：地理信息系统的计算机图形学应用
总结词：地理信息系 统（GIS）与计算机 图形学结合，为地理 数据可视化提供了强 大的支持，使得地理 信息更加直观和易于 理解。
计算机图形学具有以下 特点
用户可以通过输入设备 与计算机图形环境进行 交互，实现动态修改和 操作。
计算机图形学技术可以 生成高质量的图像和动 画，使图形更具逼真感 。
计算机图形学可以实现 实时渲染，使得图形能 够根据用户的交互动态 更新。
计算机图形学的发展历程
1 2 3
1950年代
计算机图形学开始起步，主要应用于科学可视 化领域，如天气预报、地理信息系统等。
图形变换技术
图形变换是计算机图形学中的基本技术之一，它涉及到 如何对图形进行平移、旋转、缩放等操作。
变换矩阵是实现图形变换的关键，通过对图形坐标点应 用变换矩阵，可以实现图形的平移、旋转和缩放等操作 。
图形变换通常包括齐次坐标变换和仿射变换等，其中齐 次坐标变换可以表示任意形状的变换，而仿射变换只能 表示线性变换。
04
计算机图形学高级技术
真实感图形渲染技术
基于物理的渲染
光线追踪
使用物理模拟技术来计算光线在物体表面的 反射、折射、散射等效果，以实现更逼真的 图像渲染。
通过模拟光线的传播路径来生成逼真的阴影 和反射效果，增强图像的视觉效果。
纹理映射
光照模型
将纹理贴图映射到三维模型表面，以实现更 丰富的细节和质感。
《计算机图形学》课程教学大纲
《计算机图形学》课程教学大纲《计算机图形学》课程教学大纲一、课程概述《计算机图形学》是一门研究计算机生成和操作图形的学科。
本课程旨在让学生掌握计算机图形学的基本原理和技术，包括图形处理流程、几何变换、光照模型、纹理映射、曲线和曲面构造等。
通过本课程的学习，学生将了解计算机图形学在游戏开发、电影制作、虚拟现实等领域的应用，并为进一步深入相关领域的研究和工作打下基础。
二、课程目标1、掌握计算机图形学的基本原理和流程，了解图形处理单元（GPU）的工作方式。
2、熟悉常用图形库和开发工具，能够使用它们进行基本的图形编程。
3、学习并掌握常见图形算法和数据结构，如凸包、BSP树、八叉树等。
4、理解并掌握光照模型、纹理映射、曲线和曲面构造等基本技术。
5、了解计算机图形学在各个领域的应用，并能够根据实际需求进行简单的应用开发。
三、课程内容1、计算机图形学概述：介绍计算机图形学的定义、发展历程和应用领域。
2、基本图形生成：讲述如何使用数学表达式生成基本图形，如直线、圆、多边形等。
3、图形变换：介绍几何变换的基本原理和方法，包括平移、旋转、缩放等。
4、光照模型：介绍光照的基本原理和常见光照模型，如Phong模型、Blinn-Phong模型等。
5、纹理映射：讲述如何将图像映射到几何表面上，实现表面的纹理效果。
6、曲线和曲面构造：介绍曲线和曲面的基本概念和构造方法，如Bezier曲线、B样条曲线等。
7、图形算法与数据结构：学习凸包、BSP树、八叉树等常见图形算法和数据结构。
8、图形软件和工具：介绍常用图形软件和开发工具，如OpenGL、Unity、Maya等。
9、计算机图形学应用：探讨计算机图形学在游戏开发、电影制作、虚拟现实等领域的应用。
四、教学方法1、理论教学：通过课堂讲解，让学生掌握计算机图形学的基本原理和技术。
2、实践教学：让学生在计算机上实践操作，使用编程语言和图形软件实现各种图形效果。
3、案例分析：通过分析实际案例，让学生了解计算机图形学的应用场景和技术要求。
2024版计算机图形学孙家广
优点
可以生成更为真实和自然的动画效果；且可以模拟复 杂的物理现象，如流体、烟雾等。
缺点
需要对物理现象进行精确的建模和计算，技术 难度较大；且计算量较大，需要高性能的计算 机硬件支持。
07
计算机图形学前沿技术
虚拟现实技术
VR技术的应用领域：广泛应用于游戏、影视、教育、 医疗、军事、航空航天等领域，为用户带来沉浸式的交 互体验。
增强图形的立体感和层次感。
03
图形变换与裁剪
二维图形变换
平移变换
将图形在二维平面内沿某个方向移动一定 的距离，不改变图形的形状和大小。
旋转变换
以二维平面内某一点为旋转中心，将图形 旋转一定的角度，改变图形的方向。
缩放变换
将图形在二维平面内按一定比例进行放大 或缩小，改变图形的大小。
反射变换
以二维平面内某一条直线为对称轴，将图 形进行对称变换。
3
三维打印技术的发展趋势 随着材料科学的不断发展和打印技术的持续创新， 三维打印技术将实现更加高精度、高效率的制造。
计算机视觉与图形学结合
计算机视觉与图形学的结合
计算机视觉是研究如何让计算机从图像或视频中获取信息、理解内容并作出决策的科学；而 计算机图形学则是研究计算机生成和操作图形的科学。将两者结合可以实现更加智能化、自 然化的图形处理和交互方式。
GUI提供了直观、易用的操作界面， 使用户能够更轻松地与计算机进 行交互，提高了用户的使用体验。
窗口系统与事件驱动机制
窗口系统的概念
窗口系统是GUI的核心组成部分，它负责管理屏幕上的多个窗口以 及窗口之间的交互。
事件驱动机制
在窗口系统中，用户的操作被抽象为一系列事件，如鼠标点击、键 盘输入等。事件驱动机制允许程序根据用户的事件进行相应的处理。
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计算机图形学概述
刘世光
天津大学计算机科学与技术学院
Email: lsg@
1
第一章计算机图形学概述
•计算机图形学的研究内容
•计算机图形学应用举例
•计算机图形学发展历史
•图形显示设备
•当前的研究动态
2
图形的概念
•图形：计算机图形学的研究对象
–能在人的视觉系统中产生视觉印象的
客观对象
–包括自然景物、拍摄到的图片、用数
学方法描述的图形等
3
构成图形的要素
z几何要素：刻画Array对象的轮廓、形状
等
z非几何要素：刻
画对象的颜色、材
质等
4
计算机中表示图形的方法
•点阵表示
•枚举出图形中所有的点
•简称为图像（数字图像）
•参数表示
•形状参数+属性参数
•简称为图形
5
计算机图形学应用举例
•计算机辅助设计
–Computer-Aided Design
–应用领域：飞机、轮船、汽车外形，大规模集成电路，建筑，服装，玩具
–
优点：设计周期短，成本低，质量高
6
7
•在制造业中的应用：如波音777飞机是世界上第一架实现无纸设计与制造的飞机。
•在工程领域中的应用：如建筑设计CAD 、电子沙盘；机械设计CAD 等。
•在轻工行业的应用：如模具CAD 和服装CAD 等。
•在电子电路中的应用：超大规模集成电路的设计
制造。
计算机图形学应用举例
z计算机动画及影视创作
–传统动画：费时费力，质量差，
–例子：《大闹天宫》，90*60*24=129，600张胶片，几十位动画工作者近两年的时间
–计算机动画（Computer Animation):
效率高，质量高
8
•电脑游戏、动漫等
–实时性
–逼实性
–蕴含了先进的图形处理技术
9
•
图象编辑
10
11计算机图形学应用举例•
科学计算可视化
–Scientific Visualization
–必要性：直接分析大量测量数据或统计数据有困难–目标：用图形表现抽象的数据
–应用领域：医学，遥感，流场等
计算机图形学应用举例
•计算机艺术
–书法、艺术图片
–输入工具：键盘、鼠标、手写笔等等
–软件工具：PhotoShop、CorelDraw、PaintBrush等等
–优点：功能多、创作轻松、调色方便等等
–缺点：目前难以容入人的灵感（未来的研究课题）
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13
计算机图形学应用举例•
科技、教育、商业领域的交互式绘图
•
用户界面
计算机图形学应用举例
•虚拟现实
–Virtual Reality 或称虚拟环境（Virtual Environment)
–用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、
触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点
出发，利用自然的技能和某些设备对这一生成的虚
拟世界客体进行浏览和交互考察。
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•刷新式
电子束轰击荧光屏产生的亮点只能持续极短的时间，为了产生
静态的不闪烁的图像，电子束必须周期性地反复扫描所要绘
制的图形，这个过程称为刷新
•存储管式
内置金属网受到电子束轰击之后形成靶像，它可以持续发出电
子，在荧光屏上产生静态图像
•画线显示器
–只能显示线条
–价格昂贵
•存储管式显示器
–无需刷新，价格较低
–没有动态修改图形的能力
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•图形输入设备的发展
–第一阶段：控制开关、穿孔纸等
–第二阶段：键盘
–第三阶段：二维定位设备，如鼠标、光笔、图形输
入板、触摸屏，语音等
–第四阶段：三维输入设备（如空间球、数据手套、
数据衣），用户的手势、表情等
–第五阶段：用户的思维
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计算机图形学发展历史
数据手套
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计算机图形学发展历史
数据衣、触摸屏、空间球等
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图形显示设备
•阴极射线管(CRT)
–组成：包括电子枪、聚焦系统、加速电极、偏转系统、荧光屏
–工作原理：电子枪发射电子束，经过聚焦系统、加速电极、偏转系统，轰击到荧光屏的不同部位，被其内表面的荧光物
质吸收，发光产生可见的图形。
–结构
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–荧光屏
•荧光物质：吸收电子束而发光
•持续发光时间：电子束离开某点后，该点的亮度值衰减到初始值
1/10所需的时间
•刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数
某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率
=1秒/荧光物质的持续发光时间
（例如）=1000ms/40ms=25Hz
•像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图像）的最小元素
•分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方向单位长度上能识别的最大像素个数，单位通常为dpi（dots per inch)。
在假定屏幕
尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能容纳的像素个数描述，
如640*480，800*600，1024*768，1280*1024等等
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图形显示设备
–绘图过程
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图形显示设备
–帧缓冲存储器（Frame Buffer)
–作用：存储屏幕上像素的颜色值
•简称帧缓冲器，俗称显存
24。