三维可视化基础幻灯片课件

3D中每个面有一个垂直的法向量。该向量的方向由定义面顶点的 顺序及坐标系统是左手系还是右手系决定。表面法向量从表面上 指向正向面那一侧，如果把表面水平放置，正向面朝上，背向面 朝下，那么表面法向量为垂直于表面从下方指向上方，这个就是 平面正方向
光照
一般三维引擎光照模型将光归纳为两类：环境光和直射光 环境光，和自然界中的一样，没有实际的方向和光源，只有颜色
第一步，将相机置 于三角架上，让它对准 三维景物（视点变换，
Viewing Transformation）。
第二步，将三维物 体放在适当的位置（模 型变换，Modeling Transformation）。
坐标变换
第三步，选择相机镜 头并调焦，使三维物体投 影在二维胶片上（投影变 换，Projection Transformation）。
Z缓存
在3D环境中，每个像素中会利用一组数据资料用来定义 像素在显示时的纵深充（即Z轴座值）在Z BUFFER所用的位 数越高，则代表该显示卡所提供的物体纵深感也越精确。一 般的3D加速卡仅能支持到16位或24位的Z BUFFER，对于普通 的3D模型而言也算是足够了，不过高级的3D卡更可支持到32 位的Z BUFFER。对一个含有很多物体连接的较复杂3D模型而 言，能拥有较多位数来表现深度感是相当重要的事情。例如 一台500公尺长的飞机，其管线之间仅相距5公分的距离，2bitZBUFFER将无法提供足够的精确性让我们从某些视角能清 楚地辨别二条管线的前后顺序。当显示卡尝试要显示这二条 管线时，它会试着一次将二个同时显示出来，因而产生令人 讨厌的闪烁现象。若使用的32位的Z BUFFER就能避免闪烁现 象发生。
表达颜色的Bit－即色深－决定了颜色的表现力和丰富程度。 OpenGL采用float精度也就是4个字节表现一个颜色通道，而 Direct3D采用Byte精度也就是1个字节表现一个颜色通道。
不断增大的色深是3D颜色表达的大势所趋。
顶点颜色
顶点法向量、平面正方向
3D中使用顶点法向量计算光源和表面间的夹角，对多边形进行着 色
填充模式
平移、旋转、缩放
拾取
三维应用程序中，拾取算法的思想很简单：得到鼠标点击处的屏 幕坐标，通过投影矩阵和观察矩阵把该坐标转换为通过视点和鼠 标点击处的一条射入场景的光线，该光线如果与场景模型的三角 形相交，则获取该相交三角形的信息。
Front Buffer and Back Buffer
颜色成员为R: 1.0, G: 1.0, B: 1.0, A: 1.0的材质会反射所有的入 射光。同样，成员为R: 0.0, G: 1.0, B: 0.0, A: 1.0的材质会反射 所有入射的绿光。具有多重反射系数值（Diffuse、Specular、 等等）的材质可以创建不同类型的效果 。
除了Specular属性，其余每个属性都用一个RGBA颜色描述， 表示该材质对某一给定类型光的红、绿和蓝成分的反射度， 以及一个阿尔法混合因子——RGBA颜色的A。
Windows NT下OpenGL的结构
OpenGL程序运行方式
OpenGL硬件加速方式
一些显示芯片如3Dlabs公司的GliNT进行了优化，OpenGL的大部 分功能均可由硬件实现，仅有少量功能由操作系统来完成。
第四步，决定二维像 片的大小（视口变换，
Viewport Transformation）。
这样，一个三维空间 里的物体就可以用相应的 二维平面物体表示了，也 就能在二维的电脑屏幕上 正确显示了。
图元
3D颜色表达
3D引擎一般采用红(R)、绿(G) 、蓝(B)和阿尔法(A)——描述颜色， 并将它们合成，产生最终颜色。R、G、B、A称之为颜色通道，其 中A描述了色彩的透明度属性。
和光强 。它给各处提供一个较低级别的光强 直射光是场景中的光源产生的光，它总是具有颜色和强度，并沿
特定的方向传播。 直射光类型：点光源、聚光灯和平行光
着色模式
用于控制渲染多边形的着色模式完全影响到渲染结果。着色模式 决定多边形表面上任意一点上颜色的强度和光照计算方式
材质
材质表现了物体表面对灯光的反射属性。在D3D和OpenGL中 材质还有一个自发光属性－Emissive ，它用来描述物体自身 发出的光的颜色和透明度的。
材质效果图

雾
纹理
计算机图形学中，纹理指的是一张表示物体表面细节 的位图。
纹理映射：
纹理坐标
纹理压缩
越真实的场景就要求纹理的数量越多，质量越高，这对系统带宽 和显存负担很大，因此自然想到对纹理进行压缩
纹理压缩算法：
color_2 = (2 * color_0 + color_1 + 1) / 3; color_3 = (color_0 + 2 * color_1 + 1) / 3;
MIP-MAP纹理映射
引擎用来减少纹理内存和带宽需求的另外一个技术就是 MIP－MAP。 MIP 映射技术通过预先处理纹理，产生它的多个拷贝纹理，每个相 继的拷贝是上一个拷贝大小的1/4。
使用 MIP-MAP ，还可以有效解决纹理走样问题。
多重纹理映射
相比最初来说，单一纹理映射已给整个3D真实感图形带来很大的 不同，但使用多重纹理甚至可以达到一些更加令人难忘的效果。
三维可视化基础
三维可视化基础
3D可视化基本概念 三维可视化引擎 三维可视化渲染流程
坐标系
坐标系
•世界坐标系 •物体坐标系
坐标变换
把三维物体变为二维图形表示的过程称为投影变换。 投影变换的分类情况如下表所示：
坐标变换
正平行投影
坐标变换
透视投影
坐标变换
实际上，从三维空 间到二维平面，就如同 用相机拍照一样，通常 都要经历以下几个步骤 （括号内表示的是相应 的图形学概念）：
Z Buffer
OpenGL
OpenGL(Open Graphics Library)是以SGI公司的GL三维图形库为基础制定的
一个通用共享的开放式三维图形标准。从软件的角度讲，它就是一个开放的针 对于图形硬件的三维图形软件包。
OpenGL的优点：1) OpenGL可以大大降低了开发高质量图形软件对软、硬 件的依赖程度；2)跨平台，基本上的工业标准；3)学习容易，上手快；