计算机图形学1(陈永强)

计算机图形学1(陈永强)目录CONTENCT计算机图形学简介图形渲染技术三维建模与动画游戏开发中的计算机图形学计算机图形学的未来发展01计算机图形学简介计算机图形学是研究使用计算机生成和操作图形的科学。定义起源于20世纪50年代的计算机辅助设计，随着计算机技术的发展而不断进步。历史背景定义与历史背景01020304电影与游戏制作工业设计医学影像虚拟现实与增强现实计算机图形学的应用领域利用计算机图形学技术呈现医学影像和进行可视化分析。通过计算机图形学进行产品外观设计和模拟。使用计算机图形学技术制作逼真的特效和虚拟场景。通过计算机图形学技术创建沉浸式的虚拟环境。计算机图形学的基本原理使用像素、颜色等基本元素来表示图像。通过光线追踪、扫描线渲染等技术将三维场景转化为二维图像。使用平移、旋转、缩放等几何变换对图形进行操作。将纹理贴图应用于几何形状，增加图形的细节和真实感。图像表示渲染技术几何变换纹理映射02图形渲染技术光线追踪技术是一种基于物理的渲染技术，它通过模拟光线的传播和反射来生成逼真的图像。光线追踪技术能够生成高质量的图像，但计算量大，需要较高的计算资源。光线追踪技术可以模拟出真实世界的光线效果，如阴影、反射、折射等，使得渲染出的图像更加逼真。光线追踪技术可以用于静态图像的渲染，也可以用于动态图像的渲染，如动画、游戏等。光线追踪渲染扫描线渲染是一种基于栅格的渲染技术，它将图像分割成若干个栅格，然后逐行渲染栅格。扫描线渲染的计算量相对较小，适合于实时渲染。扫描线渲染可以用于生成二维图像，也可以用于生成三维图像。在生成三维图像时，需要将三维模型进行投影转换，转换为二维图像。扫描线渲染可以通过并行处理来提高渲染效率，如使用GPU进行加速。扫描线渲染纹理映射是一种将纹理贴图映射到三维模型表面的技术。通过纹理映射，可以将二维图像映射到三维模型的表面，使得三维模型的表面更加逼真。纹理映射可以提高三维模型的细节和真实感，使得渲染出的图像更加逼真。纹理映射可以通过多种方式实现，如立方体贴图、球体贴图等。纹理映射在实现阴影与光照模型时，需要考虑到光源的类型、方向、颜色等因素，以及物体表面的材质、颜色等因素。阴影与光照模型是计算机图形学中用于模拟物体在光照下的表现的技术。通过阴影与光照模型，可以模拟出物体表面的阴影、高光等效果，使得渲染出的图像更加逼真。阴影与光照模型有多种类型，如Phong模型、Blinn-Phong模型等。这些模型可以模拟出不同的光照效果，如漫反射、镜面反射等。阴影与光照模型03三维建模与动画多边形建模细分曲面建模参数化建模物理建模三维建模基础利用多边形创建三维对象，通过调整顶点和面片数量来塑造细节。通过细分平滑表面来创建复杂形状，适用于创建有机和不规则物体。使用数学公式和参数来定义模型形状，如CNC加工和建筑设计。模拟物体在现实世界中的物理属性，如碰撞、重力、弹性等。绑定过程关键帧动画手动创建关键帧，通过插值计算中间帧。蒙皮动画将模型绑定到骨骼上，通过骨骼运动影响模型表面。权重绘制分配不同权重的蒙皮顶点，控制动画的细节和变形程度。通过骨骼系统驱动模型运动，适用于角色动画。骨骼动画反向运动学（IK）解决关节的约束问题，使动画更自然。将模型与骨骼系统对齐，确保动画的准确性和流畅性。骨骼动画与蒙皮动画模拟大量微小物体的运动和交互，如火、雪、烟雾等。粒子系统与流体动力学粒子系统大小、形状、颜色、速度等可调参数。粒子属性重力、风力、碰撞等物理效果。粒子行为模拟液体的运动和交互，如水、火焰等。流体动力学密度、粘度、温度等。流体属性流动、碰撞、表面张力等效果。流体行为角色动画模拟人物或动物的全身运动，包括行走、跑步、跳跃等。动作捕捉技术通过演员表演捕捉真实动作数据。运动规律遵循生物学和运动学的原理，使动画更自然。表情动画模拟人物面部表情的变化，用于传达情感和情绪。参数化表情通过参数调整来改变面部特征，如眼睛、嘴巴等。基于图像的动画通过图像处理技术将真实人脸转化为动画表情。角色动画与表情动画04游戏开发中的计算机图形学游戏引擎是游戏开发的核心工具，它负责管理和协调游戏中的各种资源、系统和功能。游戏引擎的主要功能包括场景管理、物理模拟、动画系统、音效处理等。游戏引擎通过提供一套完整的开发工具和接口，使得开发者能够更加高效地创建游戏。游戏引擎还支持跨平台发布，使得游戏可以在不同平台上运行。游戏引擎的工作原理123物理引擎是游戏引擎中的一个重要组成部分，它负责模拟游戏中的物理现象，如碰撞检测、刚体动力学、流体模拟等。物理引擎通常使用物理公式和算法来计算物体的运动和相互作用，以实现逼真的游戏效果。常见的物理引擎有Box2D、BulletPhysics等。游戏中的物理引擎光照与阴影技术是计算机图形学中的一项重要技术，它能够为游戏场景添加更加真实的效果。游戏中的光照通常分为全局光照和局部光照两种，全局光照考虑了场景中所有光源的影响，而局部光照只考虑单个光源的作用。阴影技术则通过在物体表面添加阴影来增强立体感和空间感，常见的阴影技术有平面阴影、阴影贴图等。游戏中的光照与阴影技术010203特效与纹理贴图是游戏中常用的技术，它们能够为游戏场景添加更加绚丽和逼真的效果。特效通常包括粒子效果、光环、烟雾等，它们可以通过图形处理和算法实现。纹理贴图则是将图像贴到游戏中的物体表面，以实现更加真实和细腻的表面细节。游戏中的特效与纹理贴图05计算机图形学的未来发展虚拟现实(VR)增强现实(AR)实时交互通过头戴式设备提供沉浸式的三维视觉体验，使参与者能够与虚拟环境进行交互。将虚拟信息与现实世界相结合，通过手机、平板电脑等设备展示，增强用户的感知体验。提高VR/AR设备的计算能力和渲染速度，实现更加流畅、逼真的交互体验。虚拟现实与增强现实80%80%100%全息投影与光场显示技术利用干涉和衍射原理记录并再现物体的三维图像，提供更为真实、立体的视觉效果。通过多角度、多视点的显示方式，模拟自然光场，提供更为自然的视觉体验。实现全息投影和光场显示技术的动态交互，提高用户体验的沉浸感和参与感。全息投影光场显示动态交互智能建模智能渲染智能交互基于人工智能的计算机图形学利用AI技术优化渲染算法，提高渲染速度和图像质量。利用AI技术实现更加自然的人机交互，提高用户体验的便捷性和舒适度。利用AI技术自动生成和优化三维模型，提高建模效率和精度。03云计算与边缘