计算机图形学综合复习题

计算机图形学综合复习目录CONTENCT计算机图形学概述基础知识图形变换光照与材质纹理映射高级技术图形算法与数据结构图形学应用案例01计算机图形学概述计算机图形学是研究使用计算机生成和操作图形的科学。定义计算机图形学注重图形的生成、处理和显示，强调真实感和交互性。特点定义与特点起步阶段发展阶段成熟阶段20世纪50年代，计算机图形学开始起步，主要应用于几何设计和可视化。20世纪80年代，随着计算机性能的提高，计算机图形学在电影、游戏等领域得到广泛应用。21世纪初，计算机图形学技术逐渐成熟，广泛应用于虚拟现实、增强现实等领域。发展历程01020304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应用领域计算机图形学为虚拟现实和增强现实提供技术支持，实现沉浸式体验。计算机图形学用于产品设计和工程可视化，帮助设计师更好地呈现设计方案。计算机图形学在电影和游戏制作中广泛应用，用于创建逼真的场景和角色。计算机图形学可将复杂数据以直观的方式呈现，便于分析和理解。02基础知识80%80%100%图像与图形由像素构成的二维矩阵，每个像素具有特定的颜色值。由顶点和边构成的二维或三维结构，可以描述物体的形状和空间关系。将图像转换为图形或从图形生成图像的过程，涉及到特征提取、轮廓检测等技术。图像图形图像与图形的转换RGB模型CMYK模型HSB模型HSL模型颜色模型红、绿、蓝三种颜色组合，广泛应用于显示器和扫描仪。青、品、黄、黑四种颜色组合，用于印刷和打印。色调、饱和度、亮度三个维度，更接近人眼对颜色的感知。色调、饱和度、亮度三个维度，与HSB类似，但亮度分量与HSB的明度不同。光栅化渲染管线光线追踪渲染管线混合渲染管线渲染管线模拟光线在三维场景中的传播和交互，以实现更真实的光照和阴影效果。结合光栅化渲染和光线追踪渲染的优点，以提高渲染质量和效率。将三维场景中的几何形状转换为二维像素的过程，包括几何处理、光照计算、纹理映射等步骤。03图形变换几何变换将图形在二维或三维空间中沿某一方向移动一定的距离。改变图形的大小，可以是均匀缩放或非均匀缩放。以某一点为中心，将图形旋转一定的角度。使图形在水平或垂直方向上倾斜一定的角度。平移变换缩放变换旋转变换错切变换通过线性方程组描述的变换，包括平移、缩放、旋转和错切。线性变换用于描述二维或三维空间中的点，通过齐次坐标可以方便地实现仿射变换。齐次坐标仿射变换可以用矩阵表示，通过矩阵乘法实现变换。矩阵表示仿射变换正交投影透视投影三视图投影矩阵投影变换将三维空间中的点投影到二维平面上，保持点之间的角度不变。将三维物体的正交投影在三个相互垂直的平面上，分别称为主视图、俯视图和左视图。通过透视镜观察三维空间中的点，投影到二维平面上，产生近大远小的效果。用于描述投影变换的矩阵，通过矩阵乘法实现投影变换。04光照与材质03Blinn-Phong模型在Phong模型基础上，简化了高光计算，提高了渲染效率。01Lambert模型基于漫反射光的模型，考虑了光线与表面法线的角度，但未考虑光线的方向和表面曲率。02Phong模型扩展了Lambert模型，引入了高光反射的概念，考虑了光线的方向和表面曲率。光照模型物体本身反射或发射光的颜色。颜色物体表面的微观结构，影响光线散射和反射的方式。纹理物体允许光线通过的能力，也称为不透明度。透明度物体表面反射光的能力，与表面微观结构有关。光泽度材质属性着色语言GLSL(OpenGLShadingLanguage)用于在OpenGL中进行实时渲染的着色语言。HLSL(High-LevelShadingLanguage)由微软开发的用于DirectX的着色语言。Cg(CforGraphics)由Nvidia开发的跨平台的着色语言。RenderManShadingLanguage由Pixar开发的用于3D渲染的着色语言，广泛应用于电影制作。05纹理映射纹理贴图是将纹理图像映射到三维物体表面的过程，使得物体表面呈现出更加真实和丰富的细节。纹理贴图可以通过多种方式实现，如平面映射、立方体映射、球体映射等，每种方式都有其适用的场景和优缺点。纹理贴图可以增强三维场景的视觉效果，提高渲染质量，使物体表面呈现出更加逼真的细节和质感。纹理贴图还可以用于实现动态效果，如光照、阴影、反射等，进一步增强三维场景的真实感。纹理贴图01020304纹理采样是计算机图形学中从纹理图像中获取像素值的过程，用于在渲染过程中实现纹理效果。纹理采样纹理采样是计算机图形学中从纹理图像中获取像素值的过程，用于在渲染过程中实现纹理效果。纹理采样是计算机图形学中从纹理图像中获取像素值的过程，用于在渲染过程中实现纹理效果。纹理采样是计算机图形学中从纹理图像中获取像素值的过程，用于在渲染过程中实现纹理效果。纹理过滤是在纹理采样过程中对像素进行平滑处理的过程，以减少纹理图像中的像素失真和锯齿现象。常见的纹理过滤算法有双线性过滤、双三次过滤、各向异性过滤等，每种算法都有其适用的场景和优缺点。纹理过滤可以提高纹理图像的清晰度和质量，减少图像中的模糊和失真现象，提高渲染质量。纹理过滤还可以用于实现抗锯齿效果，以减少图像中的锯齿现象，提高渲染质量。纹理过滤06高级技术阴影算法阴影的质量和效率阴影生成包括平面阴影、阴影贴图、光线追踪阴影等算法，用于在计算机图形中生成逼真的阴影效果。讨论如何平衡阴影的质量和渲染效率，以及如何处理动态光源和复杂场景下的阴影生成。介绍环境贴图技术的原理和应用，包括如何使用环境贴图来模拟物体表面的反射和折射效果。讨论如何在实时渲染中使用环境贴图技术，以提高渲染质量和效率。环境贴图实时渲染中的环境贴图环境贴图技术粒子系统的原理介绍粒子系统的基本原理和组成，包括粒子的生命周期、行为模拟和渲染技术等。粒子系统的应用讨论粒子系统在游戏开发、电影制作和科学可视化等领域的应用，以及如何创建具有吸引力的粒子效果。粒子系统07图形算法与数据结构包括光栅化、光线追踪、路径追踪等，用于将三维场景转换为二维图像。渲染算法几何变换投影算法纹理映射包括平移、旋转、缩放等，用于改变图形对象的形状和位置。将三维场景投影到二维平面上，包括正交投影和透视投影。将纹理贴图应用到图形对象的表面，增强图形的真实感。图形算法用于表示图形结构，如最小生成树、最短路径等。图论用于表示层次结构，如二叉树、B树等。树形结构用于实现优先级队列，如最大堆、最小堆等。堆结构用于快速查找和存储数据，如链表哈希表、开地址哈希表等。哈希表数据结构应用包围盒算法通过将复杂物体简化为简单的几何形状，快速判断两个物体是否相交。分离轴定理通过判断两个物体的轴向分离距离是否大于零，判断两个物体是否相交。射线算法通过发射射线穿过物体，判断射线与物体的交点数，判断两个物体是否相交。相交测试算法通过计算两个物体的交点数和交点位置，判断两个物体是否相交。碰撞检测08图形学应用案例利用计算机图形学技术，将游戏中的场景、角色、道具等元素进行渲染，生成逼真的画面效果，提升游戏体验。游戏画面渲染通过计算机图形学技术，模拟现实世界中的物理现象，如碰撞、重力、惯性等，使游戏中的动态效果更加自然和真实。物理引擎利用计算机图形学技术，制作游戏中的动画效果，如人物动作、表情等，提高游戏的互动性和趣味性。动画制作游戏开发中的图形学应用

虚拟现实中的图形学应用场景建模利用计算机图形学技术，构建虚拟现实中的场景模型，包括地形、建筑、物品等，为虚拟现实应用提供逼真的环境。实时渲染通过计算机图形学技术，实现虚拟现实场景的实时渲染，为用户提供流畅、自然的沉浸式体验。交互设计利用计算机图形学技术，设计虚拟现实中的交互方式，如手势识别、语音识别等，提高用户的参与度和体