计算机图形学-冯彦
计算机图形学陈永强PPT课件
点光源
N
L
8
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P
图2 漫反射
漫反射光（Diffuse Reflection）
对于彩色
I p (I pR , I pG , I pB )
IdR I pR KdR (L N )
IdG I pG KdG (L N )
IdB I pB KdB (L N )
对于多个漫反射光源
Ks (KsR , KsG , KsB )
16
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颜色
光强计算公式：
n
n
I R IaR KaR f (di )I pR,i KdR (Li N ) f (di )I pR,i KsR (Hi N )n
i 1
i 1
n
n
IG IaG KaG f (di )I pG,i KdG (Li N ) f (di )I pG,i KsG (Hi N )n
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Whitted光照模型
Whitted在简单光照模型中增加了环境镜面反
射光和环境规则透射光，以模拟周围环境的光投
射在景物表面上产生的理想镜面反射和规则透射
现象。
R
N
I Ilocal Ks I s Kt It
V 视点
T
图11 物体表面的镜面反射和透射
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对于每一像素光线，对场景中的所有物体表面进 行测试以确定其是否与该光线相交，并计算出交 点的深度，深度最大（z值）的交点即为该像素 对应的可见点。然后，继续考察通过该可见点的 从属光线（Secondary Rays）。
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光线跟踪算法步骤
对每条从属光线重复过程：与场景中的所有物体 求交。然后递归地在沿从属光线方向最近的物体 表面上生成下一折射和反射光线。当由每个像素 出发的光线在场景中被反射和折射时，逐个将相 交物体表面加入到一个二叉光线跟踪树中。当树 中的一束光线到达预定的最大深度或到达某光源 时，就停止跟踪。
计算机图形学中的光照模型
计算机图形学中的光照模型在计算机图形学中，光照模型是模拟现实世界中光线与物体之间相互作用的模型。
通过使用光照模型，计算机可以在虚拟场景中模拟光线的传播和反射，从而创建出真实感和逼真感的图像。
因此，光照模型是计算机图形学中非常重要的一个组成部分。
光照模型的基本原理是从光源发出的光线经过物体表面的反射、折射和透射等变换，最终到达观察者的眼睛，从而形成人们所看到的图像。
在光照模型中，光源可以是点光源、定向光源和面光源等不同类型的光源，而物体的材质属性和表面形状也会对光线的传播和反射产生影响。
常见的光照模型包括冯氏光照模型、布林-菲菲（Blinn-Phong）光照模型、库克-托伯汉姆（Cook-Torrance）光照模型等。
下面，我们分别对这三种光照模型进行介绍。
冯氏光照模型是最早被提出的光照模型之一，它是由斯特恩伯格（Phong）在上世纪70年代提出的。
冯氏光照模型假设物体表面的亮度与其漫反射和镜面反射成分的线性组合有关。
其中，漫反射成分是从各个方向均匀地反射出来的光线，而镜面反射成分则是由光源直接反射回观察者的光线。
冯氏光照模型还考虑了环境光的影响，该影响是由光源外发射的光线在场景中反射和折射，并最终到达物体表面的。
布林-菲菲光照模型是另一种常用的光照模型，它是由布林（Blinn）和菲菲（Phong）在上世纪80年代提出的。
相比于冯氏光照模型，布林-菲菲光照模型增加了一个半角向量的概念。
半角向量是入射光线和出射光线的平均方向，它可以更加准确地描述物体表面的反射特性。
此外，布林-菲菲光照模型还加入了柔光和高光衰减等特性，从而使得被渲染的图像更加真实。
库克-托伯汉姆光照模型是一种物理模拟的光照模型，它是由库克（Cook）和托伯汉姆（Torrance）在上世纪80年代提出的。
该光照模型基于微观的物理原理，考虑了光线与物体表面微观结构之间的相互作用。
库克-托伯汉姆光照模型因其真实感和准确性而被广泛应用于计算机图形学、计算机游戏等领域。
二维混沌映射图像加密安全性分析及改进算法
二维混沌映射图像加密安全性分析及改进算法
黄峰;冯勇
【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》
【年(卷),期】2007(39)9
【摘要】为增强图像加密的安全性,分析了二维混沌映射图像加密技术,提出了一种新的改进算法.采取构造复合加密系统、增加扩散函数、改变密钥设计等方法解决二维混沌映射加密图像时只改变图像位置,没有改变像素值,存在周期性、无扩散、实际密钥空间比理论值小等安全隐患问题.将Baker map公式化,然后利用复合混沌系统的思想,以Baker map为例提出了一种新的改进算法.仿真验证了改进算法的安全性.仿真表明,改进算法对其他二维混沌映射Cat map等均有效.
【总页数】4页(P1411-1414)
【作者】黄峰;冯勇
【作者单位】哈尔滨工业大学,电气工程及自动化学院,哈尔滨,150001;湖南工程学院,电气与信息工程系,湖南,湘潭,411104;哈尔滨工业大学,电气工程及自动化学院,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TP309.7
【相关文献】
1.利用图像分割思想的二维混沌映射及图像加密算法 [J], 黄峰;冯勇
2.一种改进的基于二维混沌映射的图像加密算法 [J], 杨善义;汤永刚;叶陆陆
3.基于一种新的二维混沌映射的\r自适应图像加密算法 [J], 黎桠娟;叶瑞松
4.基于二维Logistic混沌映射与DNA序列运算的图像加密算法 [J], 方鹏飞;黄陆光;娄苗苗;蒋昆
5.基于二维Logistic混沌映射与DNA序列运算的图像加密算法 [J], 方鹏飞;黄陆光;娄苗苗;蒋昆
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一种新的基于内包围盒技术的光线跟踪加速算法
｝ / / end for if （ HaveIntersected = = 1 ） 返回 true； else 返回 false； 其中递归求交测试函数如下： Bool C － Scene： ： TriIntersection（ 面片， 包围盒， 递归层 数 N） ｛ if （ 递归层数 N = = 0 ） ｛ return true； ｝ / / end if if （ 面片与包围盒没有交点） ｛ return false； ｝ / / end if / / 包围盒建立时用到的对角线为P1 P2 P3 = （ P1 + P2 ） / 2 ； 以P1 P3 和P3 P2 为对角线建立新包围盒 1 和包围盒 if （ TriIntersection（ 面片， 包围盒 1 ，递归层数 N － 1） ） ｛ return true； ｝ / / end if else ｛ if （ TriIntersection（ 面片， 包围盒 2 ，递归层数 N － 1） ） ｛ return true； ｝ / / end if return false； ｝ / / end else 通常情况下， 判断一个三角面片是否与包围盒相交 ［ 8］ 最多需要 18 次比较运算 ， 而在该算法中只需要 9 次比较运算。 如图 2 所示， 要判断面片 5 是否与包围 盒 1 相交， 由于已知面片 5 与内包围盒有交， 故它的 3 个顶点的 x 坐标不可能都小于 P1 的 x 坐标， 它的 3 y z 。 ， 个顶点的 和 坐标类似 因此 该算法中只需要判 y， z 坐标是否分别都大于 P3 的 断它的 3 个顶点的 x， x， y， z 坐标， 共 9 次比较运算。 只要设置适当的递归
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西北大学学报（ 自然科学版）
基于分形参数的可控木纹纹理仿真
基金项目:湖北省教育厅科研计划项目(B200534004)收稿日期:2007-11-20 修回日期:2008-02-02 第26卷 第3期计 算 机 仿 真2009年3月 文章编号:1006-9348(2009)03-0220-03基于分形参数的可控木纹纹理仿真常君明,颜 彬(江汉大学数学与计算机学院,湖北武汉430056)摘要:自然景物的模拟是计算机图形学中具有挑战性的研究方向之一。
木纹纹理仿真是自然环境模拟中不可缺少的重要组成部分,但由于木纹纹理生成的复杂性和随机性,使得对其进行逼真仿真十分困难。
在分析分形布朗运动以及随机中点位移法的基础上,讨论了中点位移法中各参数对分形曲线的影响,提出了一种非常简单的、基于参数可控的木纹纹理生成算法。
仿真结果表明,方法具有快速、简单、高效、可控的特点,通过改变参数能较好地实现真实木纹纹理的仿真。
关键词:分形;纹理;递归;分形布朗曲线;仿真中图分类号:TP15 文献标识码:AS i m ul a ti on of Param eter -ba sed Con troll able Fract a l -W ood TexturesCHANG Jun -m ing,Y AN B in(Depart m ent of Maths and Computer,J ianghan University,W uhan Hubei 430056,China )ABSTRACT:Envir on ment si m ulati on has al w ays been one of the most challenging tasks in computer graphics .Si m u 2lati on of wood -texture is an indis pensably i m portant part of envir on ment si m ulati on.Because of the comp lexity and randomness of wood -texture,it is very difficult t o si m ulate it realistically .Based on the deep study of the p rinci p les of fracti onal B r ownian moti on and the random m id -point dis p lace ment algorith m ,the influences of different para me 2ters on fractal curves are deduced .A method of para meter -based contr ollable fractal -Wood Textures is p r oposed in this paper .Si m ulati on results show that the method is fast,si m p le,efficient and contr ollable .By changing para me 2ters the real wood texture si m ulati on can be better achieved .KE YWO RD S:Fractal;Textures;Recursi on;F B M;Si m ulati on1 引言自然景物表面纹理往往带有丰富的细节或随机变化的不规则形状,用计算机仿真生成时,其建模非常不易。
西安交大计算机图形学实验报告材料
《计算机图形学课内实验》实验报告班级：姓名：学号：日期：一：实验目的及要求(1）理解和掌握计算机中的基本图形绘画算法，包括直线DDA算法，直线Bresenham算法，圆Bresenham算法，椭圆Bresenham算法。
(2）学习MFC类程序编程，巩固提高编程能力。
(3）提高调试纠错能力，提高自学能力。
二：实验环境Windows 8.1系统，Visual Studio 2015 社区版，MFC类库。
三：实验内容直线的DDA算法实现。
四：数据结构与算法描述(1）问题分析设直线方程y=kx+b，该算法从直线端点（x1,y1）开始画点，画到（x2,y2）为止，分|k|<=1和|k|>1两种情况。
|k|<=1时，以横坐标为步进，x每次加1或-1（取决于x1小于x2还是大于x2），y每次加k（k为正数或负数），y以浮点数计算，画点时取整形数，画到另一端点为止。
|k|>1时，方程改为x=y/k-b/k，以纵坐标为步进，y每次加1（取决于y1小于y2还是大于y2），x每次加1/k（1/k为正数或负数），x以浮点数计算，画点时取整形数，画到另一端点为止。
(2）C++代码表示的算法概述：该程序在对话框中输入（x1,y1）（x2,y2）坐标，点击确定后在用户区画线（使用消息处理程序）。
画线算法为程序核心，如下：CDialog::OnOK();UpdateData(TRUE); //将输入对话框的数据送入变量，该对话框类包含四个成员变量：//m_x1,m_y1为第一个点坐标，m_x2,m_y2为第二个点坐标CDC* p = k; //创建CDC对象指针，用于调用画点函数p->SetViewportOrg(683, 300); //坐标轴提前画好，原点在（683,300）int i, x = m_x1, y = m_y1;float xi, yi, st, dx = m_x2 - m_x1, dy = m_y2 - m_y1, xf = (float)x, yf = (float)y; st = abs(dx); //设定步进，以下三行代码确定横坐标差和纵坐标差中较大的，abs()为绝对值函数if (abs(dx) < abs(dy))st = abs(dy);xi = dx / st;yi = dy / st; //xi和yi中必有一个为1，用于在下方循环内统一操作p->SetPixel(CPoint(x, -y), RGB(255, 0, 0)); //画初始点，mfc坐标系y轴正方向朝下for (i = 1; i <= st; i++){xf += xi;yf += yi; //用浮点数计算，否则带入画点时小数部分始终被舍去，使得整数无法增加 x = xf;y = yf;p->SetPixel(CPoint(x, -y), RGB(255, 0, 0)); //循环画点Sleep(10);}(3）执行结果事例输入：绘制结果：(4）遇到的问题和解决手段①在编写界面时不知道如何实现在菜单点击后出现上图所示对话框，查询得知需设置消息处理程序打开对话框。
球面地理划分线框模型消隐算法
球面地理划分线框模型消隐算法1.引言球面地理划分线框模型消隐算法是计算机图形学领域中的重要算法之一，其主要作用是在球面上进行线框模型的显示和消隐。
在地理信息系统、地图导航、虚拟地球等领域，球面地理数据的三维可视化是一项十分重要的工作，而线框模型消隐算法则是实现这一目标的关键技术之一。
2.球面地理数据的特点在地理信息系统中，地理数据通常以球面坐标表示，而球面的特点是其具有曲率和非平面性。
传统的平面图形算法往往难以直接应用于球面数据的处理，需要专门设计球面数据的处理算法。
3.线框模型的基本概念线框模型是三维图形中一种基本的表示方法，它是由一系列的线段组成的，用来描述物体的外形和结构。
线框模型的显示和消隐是三维图形渲染的基本步骤，而在球面数据的处理中，线框模型的显示和消隐则需要考虑球面的曲率和非平面性。
4.球面地理划分线框模型消隐的算法思想球面地理划分线框模型消隐算法的核心思想是将球面上的线框模型划分成多个小区域，然后对每个小区域进行消隐处理。
具体来说，可以采用遍历像素的方法，对每个像素点进行遍历，并检测其是否被遮挡，从而实现线框模型的消隐。
5.球面地理划分线框模型消隐的具体算法球面地理划分线框模型消隐算法的具体实现通常包括以下步骤：5.1 球面数据的表示：首先需要将球面上的点和线段表示成球面坐标系上的数据结构。
5.2 球面划分：将球面划分成多个小区域，以便对每个小区域进行消隐处理。
5.3 潜在表面算法：使用潜在表面算法对线框模型进行消隐，避免了对整个球面的所有像素点进行遍历，提高了算法的效率。
5.4 着色和光照处理：在进行线框模型消隐的还需要考虑着色和光照效果，使得显示结果更加真实和美观。
6.算法的优势和应用相对于传统的平面数据处理算法，球面地理划分线框模型消隐算法具有以下优势：6.1 考虑了球面的曲率和非平面性，适合于地理数据的处理。
6.2 采用潜在表面算法对线框模型进行消隐，提高了算法的效率和实时性。
课程简介内容格式
计算机图形学课程简介课程名称：计算机图形学学时36（理论26/上机10）基本面向：计算机类的本、专科专业教材：刁宝成等，《计算机图形学》，高等教育出版社，1999。
参考书：1、孙家广，计算机图形学（第三版），清华大学出版社，1999。
2、唐泽圣，计算机图形学基础，清华大学出版社，19953、陈传波、陆枫，计算机图形学基础，电子工业出版社，20024、倪明田等，计算机图形学，北京大学出版社，19995、唐荣锡，计算机图形学教程（修订版），科学出版社，20006、吴海平等，《OpenGL图形程序设计及应用环境》，国防科技大学出版社，1999。
7、计算机辅助设计与图形学学报8、中国图形图像学报课程负责人：师资队伍（20）：课程说明（60）：计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。
通过本课程的学习，使学生了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术；掌握图形的表示与数据结构，基本图形生成算法，图形的二维、三维变换及观察，三维几何造型，真实感图形绘制方法；对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初步认识；具有一定实践体会和OpenGL图形程序设计及应用能力。
内容简介（1000）：第一章绪论计算机图形的基本概念；计算机图形学与数字图象处理、计算机视觉的关系；计算机图形学的发展与应用。
本章知识点：计算机图形的基本概念；计算机图形学的发展与应用。
第2章图形设备介绍图形输入设备、图形显示、图形绘制设备。
本章知识点：阴极射线管CRT；光栅扫描的图形显示器显示图形的过程。
高性能图形显示卡。
第3章交互式绘图技术介绍基本的交互式绘图技术。
本章知识点：如何设计一个好的用户接口；常用的输入模式：请求（request）、采样（sample）、事件（event）及其组合形式。
基本交互绘图技术：回显、约束、网格、引力域、橡皮筋技术、草拟技术、拖动、旋转、形变等。
第4章造型技术讲述如何在计算机中建立恰当的模型表示不同图形对象；如何组织图形对象的描述数据以使存储这些数据所要的空间最省，检索、处理这些数据的速度较快。
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几何变换 坐标变换 显示变换 裁剪 消隐技术 光照技术 光线跟踪 纹理技术 阴影的生成 曲线和曲面入门
实验实践 内容
图形编程基础实验
基本光栅图形的生成 实验：线的生成、区域 的填充 图形变换实验：线裁 剪、多边形裁剪
真实感图形的绘制实 验
曲线曲面的绘制实验 项目设计答辩
五、参考教材与主要参考书 1. 选用教材
一、 课程介绍
1.课程描述： 计算机图形学是研究如何在计算机中表示、处理和显示图形的学科，它在计算机
辅助设计与制造、科学计算可视化、虚拟现实、计算机动画等领域具有广泛的应用。 本课程的基本任务是使学生掌握计算机图形学的基本原理和方法，主要内容包括:基本 光栅图形生成技术、图形变换和观察变换、真实感图形绘制技术、参数曲线曲面等。
中国海洋大学本科生课程大纲
课程名称 计算机图形学 Computer Graphics
课程属性 专业知识
课程代码 075103201257
课时/学分
64/3
课程性质 选修
实践学时
32
责任教师 赵勇
课外学时 64(32×2)
课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修
2.设计思路： 本课程针对数学类专业的学生开设，重在使学生理解并掌握计算机图形学的基本
原理和方法，为将来从事计算机图形学相关领域的研究、应用和开发奠定良好的基础。 课堂讲授围绕三维图形的显示流程、真实感图形的绘制、曲线曲面造型技术等展
开，重点介绍计算机图形学的基本原理和方法。每一章在理论讲解的同时配以上机实 验，利用 MFC、OpenGL 实践计算机图形学的基本理论、算法和技术，进一步加强学生 对计算机图形学的概念、原理的理解和应用，提高学习的兴趣和动手实践的能力。
满分
30 分 30 分
20 分 20 分
七、学术诚信
学习成果不能造假，如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等，均属造假
行为。他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。本课程如有发现上述不良行为，将按学
校有关规定取消本课程的学习成绩。
ห้องสมุดไป่ตู้
八、大纲审核
教学院长：
院学术委员会签章：
-4-
得分
80-100 分 30-79 分 0-29 分
2）上机作业的评分标准：
评分标准
1. 按时上交作业，严格按照要求实现全部或绝大部分功能，求解思路清晰，程 序运行结果正确，代码符合规范，可读性强。 2. 按时上交作业，能够按照要求实现基本功能，求解思路较为清晰，程序运行 结果存在部分错误，代码基本符合规范，可读性一般。
杨钦，徐永安，翟红英.《计算机图形学》. 清华大学出版社, 2005 2. 主要参考书 [1] Dave Shreiner. The Khronos OpenGL ARB Working Group. 译者：李波，徐军.
《OpenGL 编程指南（第 7 版）》. 机械工业出版社, 2010
-2-
[2] Edward Angel. 译者：张荣华等.《交互式计算机图形学——基于 OpenGL 的自顶 向下方法（第 5 版）》. 电子工业出版社, 2009
四、进度安排
序号
主题
1 绪论
2 计算机图形系统
3 基本光栅图形生成技术
4 图形变换
5 真实感图形的生成技术
6 曲线曲面 7 项目设计答辩
计划 课时
4+0 4+4 6+8
8+8
8+8
2+2 0+2
主要内容概述
计算机图形学的发展历 史、研究内容、应用领域 图形系统概述 MFC 介绍 OpenGL 介绍 线的生成算法 区域的填充
3.课程与其他课程的关系： 先修课程：高等代数，结构化程序设计 并行课程：数字图像处理
二、课程目标 使学生了解计算机图形学的研究内容和应用领域，理解并掌握计算机图形绘制过
程中的数学基础、基本原理和典型算法，并能进行基本的图形程序设计和图形处理。
-1-
三、学习要求 要完成所有的课程任务，学生必须：
（1）按时上课，认真听讲，积极参与课堂讨论； （2）多思考多实践，对学习中的难点、重点问题主动和老师、同学交流； （3）认真完成上机作业，遵守学术诚信规范。
六、成绩评定
（一）考核方式 C ：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他
（二）成绩综合评分体系：
1. 平时表现 2. 上机作业 3. 项目设计论文
成绩综合评分体系 总计
比例% 20 30 50 100
附：评分标准及说明
1）平时表现的评分标准：
评分标准
1. 按时上课，保证出勤；学习态度认真主动，对学习中的难点、重点问题积极 和老师、同学交流讨论。 2. 基本能够保证出勤；学习主动性一般，对学习中的难点、重点问题基本能够 和老师、同学交流讨论。 3. 课堂出勤不足三分之一；学习态度不认真，主动性较差，对学习中的难点、 重点问题不和老师、同学交流讨论。
得分
80-100 分
50-79 分
-3-
3. 按时上交作业，未能按照要求实现基本功能，程序无法运行，代码不符合规 范，可读性差。 4. 未按时上交作业；或不遵守学术诚信规范，作业抄袭。
20-49 分 0分
3）项目设计论文的评分说明：
评价项目
主要评价内容
书面报告质量 项目功能完成情况
程序代码质量 答辩表现