计算机图形学课件第四章造型技术

计算机图形学课件第四章造型技术目录CONTENCT造型技术概述几何造型技术光照模型与渲染技术纹理映射与贴图技术三维模型数据结构与存储造型技术应用实例分析01造型技术概述定义分类定义与分类造型技术是指利用计算机生成、表示、操作和显示三维几何形状的技术。根据造型方法的不同，可分为线框造型、表面造型和实体造型三种类型。发展历程从早期的线框造型到表面造型，再到实体造型，以及现在的基于物理的造型和过程式造型等。现状目前，造型技术已经广泛应用于电影、游戏、工业设计、建筑设计等领域，并随着计算机硬件和软件技术的不断发展，造型技术的效果和效率也在不断提高。发展历程及现状电影特效、游戏开发、工业设计、建筑设计、虚拟现实等。应用领域随着计算机图形学和人工智能技术的不断发展，未来的造型技术将更加智能化、自动化和高效化，能够生成更加逼真、生动的三维场景和角色。同时，随着虚拟现实、增强现实等技术的普及，造型技术的应用领域也将更加广泛。前景应用领域与前景02几何造型技术80%80%100%几何实体表示方法通过定义物体的边界来表示物体的形状，适用于表示复杂物体。通过简单几何体的布尔运算来构造复杂物体，适用于表示规则物体。将空间划分为一系列小的单元格，通过单元格的集合来表示物体，适用于表示物体的内部结构。边界表示法构造实体几何法空间分割法参数化曲线参数化曲面插值与逼近参数化曲线与曲面通过参数方程来表示曲面，可以生成各种复杂的曲面形状。利用已知的点或曲线段，通过插值或逼近方法生成新的曲线或曲面。通过参数方程来表示曲线，可以精确地控制曲线的形状和走向。网格生成将物体表面划分为一系列小的三角形或四边形网格，用于计算机图形渲染。网格优化对生成的网格进行优化处理，如减少网格数量、提高网格质量等，以提高渲染效率和效果。网格重建从已有的网格数据中重新构建出高质量的网格模型，以满足特定需求。网格生成与优化03020103光照模型与渲染技术光照模型是计算机图形学中模拟光线与物体表面交互的数学模型，用于计算物体表面的明暗、色彩和阴影等视觉效果。原理根据光照模型的复杂度和实现方式，可分为简单光照模型（如Lambert模型、Phong模型）和复杂光照模型（如Blinn-Phong模型、Cook-Torrance模型）等。分类光照模型原理及分类渲染算法渲染算法是指将三维场景中的物体转换为二维图像的过程，包括光栅化算法、扫描线算法、光线追踪算法等。实现实现渲染算法需要考虑场景中的光源、物体表面的材质属性、相机的位置和角度等因素，通过计算光线与物体表面的交点、法线向量、反射向量等，得到物体表面的明暗和色彩信息，最终生成二维图像。渲染算法与实现VS真实感图形渲染是指通过模拟真实世界中的光线传播和物体表面的反射、折射、阴影等效果，生成具有高度真实感的二维图像。实现方法实现真实感图形渲染需要采用复杂的光照模型和渲染算法，如全局光照算法、路径追踪算法等，同时还需要考虑物体表面的细节和纹理等因素，通过精细的建模和贴图等技术手段，达到高度真实的效果。真实感渲染真实感图形渲染04纹理映射与贴图技术将二维纹理图像映射到三维物体表面的过程。定义在物体表面上的二维坐标，用于确定纹理图像上对应点的位置。纹理映射原理及实现纹理坐标纹理映射的基本概念010203纹理映射的实现步骤加载纹理图像；创建纹理对象并绑定纹理图像；纹理映射原理及实现设置纹理参数（如过滤方式、环绕方式等）；在顶点着色器中传递纹理坐标；在片元着色器中根据纹理坐标进行纹理采样。纹理映射原理及实现多级渐远纹理（Mipmapping）的概念：为了提高纹理映射的效率和质量，预先生成一系列不同分辨率的纹理图像，根据物体表面与观察者的距离选择合适的分辨率进行映射。多级渐远纹理的实现方法生成多级渐远纹理图像；在纹理对象中设置多级渐远纹理参数；在运行时根据物体表面与观察者的距离自动选择合适的纹理级别。0102030405多级渐远纹理映射0102030405过程纹理合成的基本概念通过算法生成具有自然纹理特征的图像，而非直接使用预先定义的纹理图像。Perlin噪声一种基于伪随机数的梯度噪声生成算法，可用于模拟自然界中的随机现象，如云彩、火焰等。分形噪声利用分形理论生成具有自相似性的噪声图像，可用于模拟山脉、地形等自然景象。细胞自动机一种模拟细胞生长和繁殖的算法，可用于生成具有复杂结构的纹理图像，如木材、大理石等。基于物理模型的合成方法通过建立物理模型来模拟真实世界中的物理现象，如水流、烟雾等，从而生成相应的纹理图像。过程纹理合成方法05三维模型数据结构与存储网格模型数据结构体素模型数据结构点云模型数据结构包括顶点、边和面等基本元素，用于表示三维模型的表面形状。基于三维像素或体素表示模型内部和外部形状，适用于医学成像和地质建模等领域。由大量三维点构成，表示模型表面的采样点，适用于三维扫描和测量等领域。三维模型数据结构类型纹理压缩针对模型表面纹理数据进行压缩，采用图像压缩算法如JPEG、PNG等。层次细节压缩根据视点位置和距离等因素，动态调整模型细节层次，实现不同精度下的压缩与传输。几何压缩通过减少顶点数量、优化拓扑结构等方式压缩模型几何数据，如顶点聚类、网格简化等。模型数据压缩方法通用文件格式如OBJ、STL等，支持多种三维建模软件和平台，易于共享和交换数据。专用文件格式如FBX、DAE等，针对特定软件或平台进行优化，提供更高的性能和兼容性。标准化文件格式如glTF、COLLADA等，遵循国际标准化组织制定的规范，促进三维模型数据的互操作性和可扩展性。模型文件格式与标准06造型技术应用实例分析03特效制作结合动力学模拟、粒子系统等技术，实现电影中的爆炸、烟雾、水流等特效。01角色建模通过三维建模技术，创造出逼真的人物角色，包括面部表情、肌肉运动等细节。02场景构建利用三维建模和贴图技术，构建电影中的虚拟场景，如城市、森林、外星世界等。电影特效中造型技术应用游戏角色设计通过三维建模技术，设计游戏中的角色造型，包括服装、道具等细节。游戏场景设计利用三维建模和贴图技术，设计游戏中的场景造型，如关卡、地图等。游戏特效制作结合动力学模拟、粒子系统等技术，实现游戏中的技能特效、环境特效等。游戏开发中造型技术应用通过三维建模技术