《图形图像显》课件

图形图像显这个PPT课件将介绍计算机图形学和图像处理的基本原理和方法。从基本的2D和3D图形绘制,到图像的数字化处理,会全面探讨计算机图形图像的显示技术。概述什么是图形和图像?图形和图像是使用数字方式表达的视觉元素,包括线条、形状、色彩等,广泛应用于各种领域。了解它们的特点和分类有助于更好地应用和创造。图形图像处理流程图形图像处理包括获取、编码、存储、渲染等步骤。掌握各个环节的基本算法和技术是有效使用图形图像的关键。广泛应用领域图形图像广泛应用于计算机图形学、多媒体、虚拟现实等各种领域,是当代信息技术的重要组成部分。什么是图形与图像?图形和图像是计算机图形学中的两个基本概念。图形指的是使用几何图元如点、线、曲线、多边形等绘制的二维或三维的几何构造。图像则是通过采集光学信息而形成的二维数字阵列。图形通常表示抽象的信息,而图像则通常表示现实世界的视觉表现。两者在计算机图形学中往往结合使用,共同实现各种视觉效果。图形与图像的特点丰富表现力图形和图像可以生动形象地表达各种概念、信息和情感,大大增强内容的吸引力和感染力。直观交流视觉图像可以在瞬间传达大量信息,比文字更直观高效地与观众进行交流。灵活多样图形图像可以采用各种样式和形式,从而更好地满足不同场景和需求。信息综合将文字、图形和图像有机结合可以创造出更加丰富、立体的信息表达。图形与图像的分类几何图形包括点、线、面等基本几何图元,可用数学公式精确描述。位图图像由像素阵列构成,采用数字编码描述图像细节和颜色信息。矢量图形由几何形状、颜色和轮廓线条构成,可无限放大而不失真。混合图像结合了几何图形和位图图像,并可能包含三维信息。二维图形的基本几何图元点图形和图像的最基本单元,没有长度和宽度,只有位置坐标。可用来描述特定位置或标记特征。直线两个点之间的连线,具有长度和方向,可用来描述物体的边界或轮廓。圆和椭圆封闭的曲线图形,通过不同的半径和长短轴比例可形成各种形状。广泛应用于设计和建模。多边形由多个直线连接形成的封闭图形,可用来描述不规则的边界或轮廓。基本几何图元的绘制算法直线绘制使用布雷森汉姆算法,通过计算像素点坐标来实现线段的绘制。圆绘制利用圆的对称性,通过计算点坐标的增量来高效绘制圆形。椭圆绘制将椭圆分成四个部分,分别计算每个部分的坐标增量来绘制。多边形绘制通过连接多个线段来构造任意形状的多边形,并填充内部区域。直线绘制算法1端点确定确定直线的起点和终点坐标2斜率计算根据两端点坐标计算直线斜率3像素填充通过增量法依次填充中间像素4像素修正校正因舍入产生的误差直线绘制算法是图形学中一种基础的算法,用于将给定的两个端点坐标连成一条直线。算法首先确定直线两端点,计算斜率,然后使用增量法逐个填充中间像素。最后还需要对因舍入产生的误差进行修正。这些步骤保证了直线绘制的准确性和效率。圆绘制算法1参数方程使用三角函数计算圆上每个点的坐标。2直接算法直接计算每个像素点是否在圆内。3Bresenham算法根据增量关系高效绘制圆。圆绘制算法是计算机图形学中常用的一种基本算法。从参数方程到Bresenham算法,算法的复杂度和效率都在不断提高,满足了从简单到复杂不同场景的需求。椭圆绘制算法1中点算法中点算法是一种高效的绘制椭圆的方法,它通过计算椭圆上每个点的中点来生成平滑的椭圆轮廓。2Bresenham算法Bresenham算法是一种使用整数坐标的高效椭圆绘制算法,它能减少浮点运算从而提高性能。3椭圆方程法该方法直接利用椭圆的数学方程来计算每个像素的坐标,但需要更多的计算开销。多边形绘制算法定义顶点坐标首先需要确定多边形各个顶点的坐标位置。这可以由用户手动输入或从几何图形中自动提取。连接顶点将多个顶点通过直线段连接起来,形成封闭的多边形图形。需要注意顶点的连接顺序。填充内部区域使用算法填充多边形内部区域,生成连续的颜色区域。常见的算法包括扫描线填充和种子填充。应用纹理和渲染可以在多边形表面应用纹理贴图,并使用光照渲染算法生成更逼真的效果。颜色模型颜色模型简介颜色模型是描述颜色的数学模型,用于在计算机中表示和处理颜色数据。主要包括RGB、CMY和HSV三种常见的颜色模型。RGB颜色模型RGB颜色模型通过红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色的组合产生各种颜色,被广泛应用于电子显示设备。CMY颜色模型CMY颜色模型通过青(C)、品红(M)、黄(Y)三原色的组合产生各种颜色,主要应用于打印设备。HSV颜色模型HSV颜色模型基于人类对颜色的感知方式,通过色调(H)、饱和度(S)和明度(V)三维空间表示颜色。RGB颜色模型红色(R)红色通道决定了颜色的暖色调，是最强烈的原色之一。绿色(G)绿色通道主要负责颜色的自然感和活力感，是三原色之一。蓝色(B)蓝色通道则赋予颜色冷色调和深沉感，也是基本三原色之一。CMY颜色模型CMY颜色模型CMY颜色模型是一种减色模型,通过混合青色(Cyan)、品红(Magenta)和黄色(Yellow)三种颜色来产生其他颜色。它通常用于打印和照相设备。减色混合在CMY颜色模型中,颜色的混合是通过减色原理进行的。三原色的混合可以产生黑色,因此需要加入黑色(K)来获得更丰富的色彩。CMYK颜色模型CMYK模型在CMY的基础上添加了黑色(Key)通道,可以产生更广泛的色域和更好的图像质量,广泛应用于印刷行业。HSV颜色模型色相(Hue)色相表示颜色的基本属性,如红、绿、蓝等,是色彩的纯度和品质。饱和度(Saturation)饱和度表示颜色的纯度,从0到100%不等,决定颜色的浓淡程度。明度(Value)明度描述颜色的明暗程度,从0(黑色)到100%(白色)不等,决定颜色的明暗。图像的表示1位图图像以像素为基本单位,每个像素都有自己的颜色值。广泛应用于数码相机、扫描仪等设备。2矢量图像以几何图形为基本单位,由线条、曲线、多边形等构成。易于缩放,常用于设计类应用。3混合图像融合了位图和矢量图像的优势,既能保留细节,又可任意缩放。适用于多种媒体制作。位图图像像素数组位图图像由一个二维像素数组组成,每个像素包含颜色信息。色彩深度位图图像的色彩深度决定每个像素可以表示的颜色数量。图像质量位图图像的质量取决于分辨率和色彩深度,分辨率越高,质量越好。文件格式常见的位图图像文件格式有BMP、JPEG、PNG等。矢量图像基于数学公式描述矢量图像通过数学公式来描述图形,使其可以无限放大而不会失真。这种图像格式适合用于logo、插图和技术性图表等场景。专业编辑软件常见的矢量图像编辑软件包括Illustrator、CorelDraw和Inkscape等。通过这些软件,设计师可以自由编辑和创作矢量图像。广泛应用场景矢量图像可以应用于广告、印刷品、网页设计、动画制作等多个领域,为创意提供更大的自由度。混合图像融合图像元素混合图像结合了矢量图形和位图图像的特点,能够更好地展现图像的细节和质量。灵活编辑混合图像支持对各个图像元素进行单独编辑,提高了创的控制力。多种文件格式混合图像常采用SVG、PDF等支持矢量图形和位图的文件格式。图像处理的基本操作几何变换通过缩放、旋转、平移等几何操作调整图像的大小和方向，实现对图像的基本处理。色彩变换调整图像的亮度、对比度、色彩饱和度等，增强图像的视觉效果。滤波处理使用各种滤波算法去除图像中的噪点和杂波,提高图像的清晰度。图像压缩运用无损或有损压缩技术,减小图像文件大小,便于存储和传输。几何变换1平移变换平移变换是最基本的几何变换之一,通过改变图形在坐标平面上的位置,实现对图形的平移。2缩放变换缩放变换可以对图形进行放大或缩小,从而改变图形的大小。通过调整缩放比例可以实现不同的效果。3旋转变换旋转变换可以让图形绕固定的中心点进行旋转,改变图形在坐标平面上的角度。色彩变换1灰度化将彩色图像转换为灰度图像,只保留亮度信息。2色调调整改变图像整体的色调,如变暖、变冷等。3饱和度调整增加或减少颜色的饱和度,使图像更鲜艳或更淡雅。色彩变换是图像处理中的重要操作,可以通过改变图像的灰度值、色调和饱和度等,实现不同的视觉效果。这些基本的色彩变换为创造出富有特色的图像提供了强有力的工具。滤波处理1降噪去除图像中的噪声干扰2平滑减少图像中的细节和锐利度3锐化增强图像的轮廓和边缘4增强调整图像的对比度和亮度滤波处理是图像处理中一种重要的基本操作,通过不同的滤波算法,可以实现图像的降噪、平滑、锐化和增强等效果,从而提高图像的质量和可用性。滤波处理是一个循序渐进的过程,需要根据不同的应用场景选择适当的滤波方法。图像压缩图像数据量大数字图像由大量的像素组成,每个像素包含丰富的颜色信息,因此原始图像的数据量通常很大。减小数据体积为了降低存储和传输的成本,需要采取压缩技术来减小图像的数据体积,而不影响图像质量。无损压缩与有损压缩无损压缩保留了所有图像信息,有损压缩则会丢失一些细节信息来换取更高的压缩率。广泛应用图像压缩广泛应用于各种数字图像系统,如网络传输、数字存储、视频流媒体等。图像压缩算法1无损压缩无损压缩算法可以在不损失图像质量的情况下减小文件大小,如Huffman编码和LZW算法。2有损压缩有损压缩算法通过舍弃一些细节来进一步减小文件大小,如JPEG和MPEG算法。3混合压缩结合无损和有损压缩,先用无损压缩,再用有损压缩,可以在保留图像质量的同时大幅减小文件大小。4压缩性能对比不同算法在压缩比、压缩速度和图像质量保留方面各有优缺点,需要根据实际需求选择合适的压缩算法。无损压缩算法保持原始图像质量无损压缩算法可以在不损失图像细节和质量的情况下对图像数据进行压缩。这种算法适用于需要保持高图像质量的场合。压缩比较小无损压缩算法的压缩率相对较低,一般只能将文件大小缩小到原来的一半左右,适用于对文件大小要求不太高的场合。常见算法常见的无损压缩算法包括Huffman编码、算术编码、LZW压缩等,都能够在不损失图像质量的情况下减小文件大小。有损压缩算法定义有损压缩算法通过丢弃一些不重要的信息来减小文件大小。这种方法可以实现更高的压缩比,但会造成图像质量的损失。特点有损压缩算法可以大幅减小文件大小,但会导致图像失真。应用场景包括视频、音频等需要更小文件的场合。常见算法JPEG、MPEG等都是常见的有损压缩算法,通过舍弃一些高频信息来实现更高的压缩比。压缩质量调整有损压缩算法通常提供压缩质量参数,可以在清晰度和文件大小之间进行权衡调整。图形图像渲染光栅图像渲染基于像素的图像渲染方式,通过逐个像素进行颜色填充和混合实现图像显示。矢量图像渲染基于几何图元的图像渲染方式,通过描述图形的几何属性来实现图像显示。颜色模型选择合适的颜色模型,如RGB、CMYK或HSV,可以有效地描述和处理图形图像。光栅图像渲染1逐像素绘制一个个像素点集合而成2图元填充利用颜色和阴影填充图形3光照效果计算光线效果增加真实感4抗锯齿算法消除边缘锯齿状光栅图像渲染是指将矢量图形或图像数据转换为显示设备可直接显示的像素阵列的过程。主要包括逐像素绘制、图元填充、光照效果计算以及抗锯齿算法等步骤,最终生成高质量的光栅图像。