计算机图形学第四章教案

计算机图形学第四章教案目录CONTENCT引言计算机图形学概述图形渲染技术纹理映射与光照模型高级渲染技术实践项目与作业安排总结与展望01引言课程背景课程目标课程背景与目标计算机图形学是计算机科学的一个重要分支，主要研究如何利用计算机生成、处理和显示图形。随着计算机技术的飞速发展，计算机图形学在游戏设计、电影制作、建筑设计等领域得到了广泛应用。通过本课程的学习，学生将掌握计算机图形学的基本原理和技术，能够使用相关软件工具进行图形设计和制作，为进一步学习相关领域打下坚实的基础。010203教学内容1.掌握基本图形元素（如点、线、面）的表示和绘制方法。2.学习颜色模型和颜色混合原理。教学内容与安排3.了解纹理映射和光照模型的基本概念。4.掌握基本动画制作技巧。教学安排教学内容与安排010203041.理论授课2.上机实践3.课程作业4.课堂讨论教学内容与安排学生将完成一个简单的图形项目，包括基本图形的绘制、颜色和纹理的应用、光照效果的实现等。学生将使用相关软件工具进行图形设计和制作，包括基本图形的绘制、颜色和纹理的应用、光照效果的实现等。介绍计算机图形学的基本原理和技术，包括图形元素的表示和绘制、颜色模型和颜色混合、纹理映射和光照模型等。针对学生在实践过程中遇到的问题进行讨论，加深学生对计算机图形学的理解。02计算机图形学概述起步阶段基础阶段发展阶段成熟阶段计算机图形学的发展历程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。20世纪60年代，计算机图形学基础理论逐步形成，出现了首批计算机图形学作品。20世纪70年代，计算机图形学进入发展阶段，广泛应用于电影、游戏等领域。20世纪80年代至今，计算机图形学技术不断成熟，成为一门独立的学科。计算机图形学的基本概念指通过计算机生成的二维或三维图形。将几何数据转换为图像的过程。创建三维对象的过程。使图像产生动态效果的过程。计算机图形渲染建模动画电影与游戏制作工业设计虚拟现实与增强现实数据可视化计算机图形学的应用领域利用计算机图形学技术制作特效、动画和游戏场景。通过计算机图形学技术创建虚拟环境，增强现实体验。利用计算机图形学进行产品外观设计和模拟。将数据以图形方式呈现，便于理解和分析。03图形渲染技术渲染管线是计算机图形学中用于将三维场景转换为二维图像的过程。它包括应用阶段、几何阶段、光栅阶段和输出阶段。渲染管线是实时渲染和离线渲染的基础。渲染管线可以根据需要进行自定义和优化。渲染管线概述顶点着色器是渲染管线中的一个阶段，负责处理三维场景中的顶点数据。它可以将顶点坐标、法线向量、切线向量等属性进行变换和插值。顶点着色器可以通过自定义来实现各种高级效果，如骨骼动画、顶点动画等。顶点着色器像素着色器是渲染管线中的一个阶段，负责处理像素级别的光照和纹理映射。它可以通过自定义来实现各种光照模型、纹理效果和后期处理效果。像素着色器可以与顶点着色器进行交互，以实现更高级的渲染效果。像素着色器后处理是对渲染结果进行进一步处理和优化的阶段，如模糊、锐化、色彩校正等。光栅化和后处理可以通过各种算法和技术来实现，以提高渲染质量和效率。光栅化是将几何数据转换为像素数据的阶段，它通过将三维几何体投影到二维平面上来实现。光栅化与后处理04纹理映射与光照模型纹理映射的概念纹理映射的分类纹理映射的步骤纹理映射是一种将图像贴在三维物体表面的技术，通过将纹理坐标与几何坐标关联，将纹理像素映射到几何表面上。根据纹理坐标的生成方式，纹理映射可分为静态纹理映射和动态纹理映射。纹理映射包括纹理加载、纹理坐标确定、纹理采样和纹理合成等步骤。纹理映射技术80%80%100%光照模型基础光照模型是描述物体表面如何反射光线的数学模型，用于计算物体表面的颜色。光照包括环境光、漫反射光、镜面反射光和自发光等组成部分。物体表面的颜色由光照属性、表面材质属性和观察属性共同决定。光照模型的定义光照的组成光照属性的描述Phong模型的提出Phong模型的组成Phong模型的实现Phong光照模型Phong模型包括环境光、漫反射光、镜面反射光和自发光等组成部分。Phong模型的实现需要计算光照方向、法线方向和视线方向等向量，并使用这些向量计算各组成部分的亮度。Phong光照模型由BuiTuongPhong提出，是一种基于反射的高动态范围光照模型。03Blinn-Phong模型的实现Blinn-Phong模型的实现相对于Phong模型更为简单，计算量较小，适合于实时渲染。01Blinn-Phong模型的提出Blinn-Phong模型是Phong模型的一种简化形式，由JimBlinn提出，主要用于实时渲染。02Blinn-Phong模型的组成Blinn-Phong模型同样包括环境光、漫反射光和镜面反射光等组成部分。Blinn-Phong光照模型05高级渲染技术

阴影映射技术基本原理阴影映射技术通过将阴影图层叠加到场景中，模拟物体在阴影中的效果，提高渲染的逼真度。实现步骤首先计算光源方向和物体表面点的角度，确定阴影效果；然后对场景进行深度测试，将阴影图层与场景融合。应用场景广泛应用于游戏、电影制作等领域，用于模拟物体在阴影中的效果，增强视觉效果。基本原理01环境光遮蔽技术通过模拟物体对周围环境的反射和吸收，增强物体的立体感和质感。实现步骤02首先计算物体表面点的法线方向和周围环境的反射方向，确定环境光遮蔽效果；然后根据物体表面的纹理和光照信息，渲染出逼真的环境光遮蔽效果。应用场景03广泛应用于游戏、电影制作等领域，用于增强物体的立体感和质感，提高渲染的逼真度。环境光遮蔽技术全局光照渲染技术通过模拟光线在场景中的传播和反射，实现更逼真的光照效果。基本原理实现步骤应用场景首先计算场景中所有光源对物体的影响，然后根据物体表面的光照信息，渲染出全局光照效果。广泛应用于电影制作、虚拟现实等领域，用于实现逼真的光照效果和动态光影变化。030201全局光照渲染技术06实践项目与作业安排项目一要求项目三要求项目二要求3D场景建模学生需使用3D建模软件（如Blender）创建一个简单的3D场景，包括至少一个物体、光源和相机。学生需掌握基本的3D建模技巧，如旋转、缩放、移动等。光照与材质在项目一的基础上，学生需为场景中的物体添加材质和纹理，并设置合适的光照条件，以实现逼真的渲染效果。学生需理解材质和光照在计算机图形学中的重要性。动画制作学生需在项目二的基础上，为场景中的物体添加简单的动画效果，如旋转、移动等。学生需掌握基本的动画制作技巧，理解动画在计算机图形学中的应用。实践项目内容与要求作业一编程实现基本图形绘制要求学生需编程实现一个简单光照模型，如Phong光照模型。学生需理解光照模型的基本原理，掌握编程实现的基本技巧。要求学生需使用计算机图形学中的基本算法，编写程序实现基本图形的绘制，如圆形、矩形、多边形等。学生需理解计算机图形学中的基本概念和原理。作业三实现纹理映射作业二实现光照模型要求学生需编程实现纹理映射算法，将纹理贴图应用到物体表面。学生需理解纹理映射的基本原理，掌握编程实现的基本技巧。作业安排与要求07总结与展望内容概述介绍了计算机图形学的发展历程。讲解了计算机图形学的基本原理和技术。本章内容总结探讨了计算机图形学在各个领域的应用。重点与难点重点：计算机图形学的基本原理和技术。本章内容总结难点：如何将计算机图形学应用于实际场景中。本章内容总结深入理解计算机图形学的基本概念和原理。理论学习通过实验和项目，掌握计算机图形学的应用技巧。实践操作本章内容总结学习计划深入学习计算机图形学的进阶技术。探索计