计算机图形学概述分析课件

计算机图形学概述分析课件目录CATALOGUE计算机图形学简介计算机图形学基础知识计算机图形学基本技术计算机图形学高级技术计算机图形学未来展望计算机图形学案例分析计算机图形学简介CATALOGUE01计算机图形学是研究使用计算机生成和操作图形的科学。定义通过算法、数学和计算机程序，将数据转化为图形在屏幕上显示或生成物理输出。概念定义与概念游戏中的图像、动画和交互界面。游戏设计与开发特效、角色建模和场景渲染。电影与动画制作创建沉浸式体验和交互式环境。虚拟现实与增强现实将数据以图形形式呈现，便于分析和理解。数据可视化计算机图形学的应用领域03成熟阶段21世纪初，随着计算机硬件和软件技术的不断进步，计算机图形学在各个领域得到广泛应用和发展。01起步阶段20世纪50年代，计算机图形学开始起步，主要用于科学可视化。02发展阶段20世纪80年代，随着个人电脑的普及，计算机图形学在游戏和电影制作中得到广泛应用。计算机图形学的发展历程计算机图形学基础知识CATALOGUE02由像素构成的二维或三维数据，主要用于显示和渲染。图像图形关系由顶点和边构成的二维或三维数据，主要用于描述和计算。图像是图形的一种特殊表现形式，图形是图像的基础。030201图像与图形的关系红、绿、蓝三种颜色组合，用于屏幕显示。RGB模型青、品、黄、黑四种颜色组合，用于印刷。CMYK模型色调、饱和度、亮度三个属性，用于艺术创作。HSV模型描述颜色的一种方式，不同的颜色空间适用于不同的应用场景。颜色空间颜色模型与空间123由像素组成的图像，每个像素有特定的位置和颜色值。位图由数学公式表示的图像，可以无限放大而不失真。矢量图描述图像清晰度的参数，通常以像素为单位。图像分辨率图像的数字化表示平移缩放旋转扭曲图像的几何变换01020304将图像在水平或垂直方向上移动。将图像放大或缩小。将图像旋转一定的角度。将图像的某一部分进行拉伸或压缩。计算机图形学基本技术CATALOGUE03将三维场景转换到二维屏幕上的过程，通过将三维数据转换为像素集合来实现。光栅化渲染光线追踪渲染粒子系统纹理映射模拟光线在场景中的传播方式，以实现更真实的光影效果。用于模拟不规则形状的物体，如火、烟雾等。将纹理贴图应用到物体表面的技术，以增加物体的细节和真实感。渲染技术一种常用的光照模型，包括环境光、漫反射光和镜面反射光三个部分。Phong光照模型改进的Phong模型，通过增加次表面散射和半透明度来模拟更真实的光照效果。Blinn-Phong光照模型一种高级的光照算法，通过模拟光线在场景中的多次反射来生成高质量的图像。路径追踪考虑了场景中所有物体之间的相互影响，以实现更真实的光照效果。全局光照光照模型2D纹理映射将2D纹理贴图应用到物体表面，以增加物体的细节和真实感。3D纹理映射将3D纹理贴图应用到物体表面，以实现更真实的效果。立方体贴图使用六个面的图像来模拟3D纹理效果。环境贴图将整个场景的图像映射到一个球体上，以实现更真实的环境效果。纹理映射阴影生成将阴影看作是平面图像，并将其应用到物体上。平面阴影使用深度值和光源位置生成阴影贴图，并将其应用到物体上。阴影贴图通过模拟光线在场景中的传播来生成阴影，以实现更真实的效果。光线追踪阴影根据物体与光源之间的距离生成阴影。深度阴影计算机图形学高级技术CATALOGUE04光线追踪通过模拟光线在场景中的传播，实现更逼真的阴影和反射效果。全局光照模拟光线在物体表面反射和折射的过程，以呈现更自然的光影效果。纹理映射将图像贴图映射到三维物体的表面，以增加物体的细节和质感。抗锯齿技术消除图像边缘的锯齿效应，使图像更加平滑。真实感图形渲染粒子系统利用物理原理模拟物体运动和交互，如碰撞检测和刚体动力学。动画与动力学实时渲染虚拟摄像机控制01020403提供更灵活的摄像机操作，以实现复杂的镜头运动和场景切换。模拟如雨、雪、火焰等自然现象或抽象效果。在交互式应用中，如游戏或模拟器，实现流畅的动态场景。动态场景生成刚体动力学模拟物体的运动和碰撞，如机械零件或角色动作。流体动力学模拟液体和气体的运动，如水流或火焰。柔体动力学模拟可变形物体的行为，如布料或植物。用户输入与交互实现与虚拟环境的自然交互，如手势识别和虚拟物体抓取。物理模拟与交互头部追踪与身体跟踪实时跟踪用户的头部和身体动作，以实现更真实的虚拟体验。将虚拟内容叠加到真实世界中，为用户提供额外的信息或体验。增强现实技术通过特殊的显示设备和眼镜，提供沉浸式的三维视觉体验。三维立体显示允许用户与虚拟环境中的对象进行交互，如拾取、移动或操作。环境交互虚拟现实与增强现实计算机图形学未来展望CATALOGUE05人工智能技术为计算机图形学提供了强大的算法和数据处理能力，使得计算机能够更好地模拟和生成复杂的图形和场景。人工智能技术可以用于自动识别和分类图像，提高计算机图形学的自动化水平，减少人工干预。人工智能技术还可以用于图像生成和编辑，使得计算机图形学能够更好地满足用户的需求，提高图像质量和视觉效果。人工智能在计算机图形学中的应用

高性能计算对计算机图形学的影响高性能计算技术为计算机图形学提供了更强大的计算能力和数据处理能力，使得计算机能够更好地模拟和渲染复杂的图形和场景。高性能计算技术可以用于实时渲染和模拟，提高计算机图形学的实时性和交互性，使得用户能够更好地与计算机进行交互。高性能计算技术还可以用于分布式计算和云计算，使得计算机图形学能够更好地利用资源，提高计算效率和数据处理能力。123计算机图形学与虚拟现实、增强现实等技术结合，可以用于构建更加逼真的虚拟环境和场景，提高用户体验。计算机图形学与医学、生物学等领域结合，可以用于医学影像处理、生物信息可视化等方面，提高科学研究的效率和精度。计算机图形学与艺术、设计等领域结合，可以用于数字艺术、数字媒体等方面，推动艺术和设计领域的发展和创新。计算机图形学的跨学科应用与发展计算机图形学案例分析CATALOGUE06游戏中的角色、场景和道具都通过3D建模技术创建，贴图用于给模型添加纹理和细节，使其更真实。3D模型与贴图计算机图形学技术能够模拟真实的光照效果，如全局光照和阴影映射，使游戏画面更具有层次感和立体感。光照与阴影通过骨骼绑定技术，游戏中的角色能够实现逼真的动作和表情，提高游戏的互动性和沉浸感。动画与骨骼绑定游戏中的计算机图形学应用用于模拟火、水、烟雾等自然现象，为电影特效提供逼真的视觉效果。粒子系统模拟液体（如水）的运动轨迹和碰撞效果，为电影中的海浪、洪水等场景提供逼真的视觉效果。流体动力学模拟通过捕捉演员的表情和动作，将其转化为数字模型，实现更加真实的角色表演。面部捕捉技术电影特效制作中的计算机图形学应用建筑可视化通过计算机图形学技术将建筑设计以三维形式呈现，方便客户和