计算机图形学课件(共49张课件)

计算机图形学ppt(共49张PPT)目录计算机图形学概述计算机图形学基础二维图形生成与处理三维图形生成与处理真实感图形生成技术计算机动画技术计算机图形学的应用实例01计算机图形学概述Chapter定义计算机图形学是研究如何利用计算机生成、处理和显示图形的科学发展历程从20世纪60年代的计算机图形学萌芽，到70年代的光栅图形学、80年代的矢量图形学，再到90年代的三维图形学和现在的虚拟现实、增强现实等技术的融合发展计算机图形学的定义与发展游戏中的角色、场景、特效等都需要计算机图形学的支持利用计算机图形学技术可以制作出逼真的建筑效果图和动画医学图像处理、三维重建等都需要计算机图形学的支持电影中的特效、动画等都需要计算机图形学的技术实现利用计算机图形学技术可以制作出产品的三维模型和渲染图计算机游戏影视特效建筑设计工业设计医学领域计算机图形学的应用领域计算机图形学不仅需要技术，还需要美学和艺术的指导，以制作出更加逼真、生动的图形和动画计算机图形学中的很多算法和理论都涉及到数学知识，如线性代数、微积分、数值分析等计算机图形学是计算机科学的一个重要分支，涉及到计算机体系结构、操作系统、编程语言等方面计算机图形学中的光照模型、物体表面的反射和折射等都需要物理学的支持数学计算机科学物理美学和艺术计算机图形学的相关学科02计算机图形学基础Chapter基于红、绿、蓝三原色的加色模型，常用于屏幕显示。RGB色彩模型基于青、品红、黄、黑四色的减色模型，常用于彩色印刷。CMYK色彩模型分别代表色相、饱和度、亮度和色相、饱和度、值，用于描述颜色的直观属性。HSL和HSV色彩模型包括颜色名称、十六进制表示、RGB/CMYK值等。颜色表示方法色彩模型与颜色表示包括CRT显示器、LCD显示器、LED显示器等，以及各自的优缺点。显示器类型显示原理分辨率与刷新率介绍光栅扫描显示原理，包括逐行扫描和隔行扫描两种方式。解释显示器分辨率和刷新率的概念及其对显示效果的影响。030201图形显示设备与原理01020304键盘与鼠标介绍键盘和鼠标的工作原理及在图形界面中的应用。手写板与数位板介绍手写板和数位板的工作原理及其在图形输入中的应用。触摸屏阐述触摸屏的工作原理及分类，包括电阻式、电容式等。三维输入设备概述三维输入设备如3D鼠标、数据手套等的工作原理及应用领域。图形输入设备与原理03二维图形生成与处理Chapter二维空间中的基本元素，具有x和y坐标。点（Point）线（Line）圆（Circle）多边形（Polygon）由两个端点确定的无限延伸的直线。平面上所有与给定点（中心）距离相等的点的集合。由三条或三条以上的线段首尾顺次连接所组成的平面图形。二维图形的基本元素如Bresenham直线算法，通过逐步计算像素位置来生成直线。直线的生成算法如中点画圆算法，利用圆的八对称性，通过计算决策参数来生成圆。圆的生成算法如扫描线填充算法，通过扫描多边形并计算交点来生成多边形。多边形的生成算法二维图形的生成算法包括平移（Translation）、旋转（Rotation）、缩放（Scaling）等变换，可以通过变换矩阵来实现。将图形限制在指定区域内，如直线裁剪算法Cohen-Sutherland和Liang-Barsky，多边形裁剪算法Sutherland-Hodgman和Weiler-Atherton等。这些算法通过计算图形与裁剪窗口的交点来进行裁剪操作。二维图形的变换二维图形的裁剪二维图形的变换与裁剪04三维图形生成与处理Chapter点（Vertex）线（Edge）面（Face）体（Volume）三维图形的基本元素三维空间中的基本元素，具有x、y、z三个坐标。由三个或更多点定义，表示一个平面区域。由两个端点定义，表示两点之间的连线。由面围成，表示一个三维空间区域。三维图形的生成算法线框模型（WireframeModel）用直线和点表示三维物体的轮廓。表面模型（SurfaceModel）用多边形面片逼近三维物体的表面。实体模型（SolidModel）定义三维物体的内部和外部，表示物体的实体。光线追踪（RayTracing）模拟光线在三维场景中的传播，生成真实感图形。三维图形的变换与裁剪几何变换（GeometricTrans…包括平移、旋转、缩放等变换，用于改变三维物体的位置和形状。投影变换（ProjectionTran…将三维物体投影到二维平面上，包括正交投影和透视投影。裁剪（Clipping）去除三维物体在视口之外的部分，只显示视口内的部分。视口变换（ViewportTransf…将裁剪后的三维物体映射到屏幕坐标系中，以供显示。05真实感图形生成技术Chapter基于经验的光照模型，考虑了环境光、漫反射和高光反射。Phong光照模型对Phong模型的改进，使用半角向量计算高光反射，得到更柔和的高光效果。Blinn-Phong光照模型通过计算光线与物体的交点，生成阴影图，再将阴影图映射到场景中得到阴影效果。阴影映射通过构造包围物体的阴影体，判断像素是否在阴影体内，从而生成阴影效果。阴影体光照模型与阴影处理纹理坐标定义物体表面上的点与纹理图像上的点之间的映射关系。Mipmapping使用多级渐远纹理来减少纹理采样时的走样现象。BumpMapping通过扰动表面法线来模拟表面凹凸不平的细节。DisplacementMapping根据高度图调整顶点位置，实现更真实的表面细节。纹理映射与表面细节处理AlphaBlending通过混合像素的颜色和背景颜色来实现透明度效果。一种解决透明物体渲染顺序问题的方法，可以实现正确的透明效果叠加。通过多次渲染场景，每次剥离一层深度，来实现半透明物体的正确渲染。利用屏幕空间信息进行半透明物体的渲染，如屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）和屏幕空间反射（SSR）。Order-IndependentTransparencyDepthPeelingScreen-SpaceMethods透明度与半透明处理06计算机动画技术Chapter03计算机动画的发展历程从早期的二维动画到三维动画，再到现在的交互式动画和实时渲染。01计算机动画的定义通过计算机生成连续的动态图像，实现虚拟场景和角色的动态表现。02计算机动画的应用领域影视特效、游戏设计、虚拟现实、工业设计等。计算机动画概述123在动画中定义关键的状态或动作，由计算机插值生成中间帧。关键帧的概念包括位置关键帧、旋转关键帧、缩放关键帧等。关键帧的类型创建关键帧、设置动画属性、调整时间轴、预览和渲染。关键帧动画的制作流程关键帧动画技术过程动画的概念通过定义物体的运动规律或过程，由计算机自动生成动画。过程动画的实现方法基于物理模拟、基于过程建模、基于行为建模等。过程动画的应用场景自然现象的模拟（如风、雨、雪）、物体的变形和破碎效果等。过程动画技术物理引擎的组成包括刚体动力学、柔体动力学、碰撞检测与处理、约束求解等模块。基于物理的动画制作流程创建物理模型、设置物理属性、施加力和约束、进行物理模拟和渲染。基于物理的动画概念利用物理引擎模拟现实世界中的物理现象，生成逼真的动画效果。基于物理的动画技术07计算机图形学的应用实例ChapterCAD技术利用计算机图形学进行产品设计、建模、分析和优化，提高设计效率和质量。CAM技术将CAD模型转换为制造指令，实现自动化、智能化的加工和生产。应用领域广泛应用于机械、电子、建筑、汽车等制造业领域。计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)

计算机游戏设计与开发游戏引擎基于计算机图形学技术构建游戏引擎，实现游戏场景、角色、特效等的渲染和交互。游戏设计利用计算机图形学技术进行游戏关卡、任务、角色等的设计，提高游戏的可玩性和趣味性。应用领域广泛应用于娱乐、教育、军事模拟等领域。基于计算机图形学技术构建三维虚拟环境，提供沉浸式体验。虚拟现实技术将计算机生成的虚拟信息叠加到真实世界中，实现虚实融合