《图形图像学基础》课件

图形图像学基础本课程将带您深入了解图形图像学的基础知识，涵盖二维和三维图形的创建、处理和渲染，并探讨相关应用领域及未来发展趋势。课程概述目标了解图形图像学的基本概念和原理掌握二维和三维图形的绘制、变换和渲染技术熟悉常用的图形API和图形库能够运用图形图像学知识解决实际问题内容图形学基本概念光栅图形学三维几何建模渲染管线图形应用领域前沿技术趋势图形学基本概念图形视觉信息的数字化表示图像二维视觉信息的数字化表示图形学研究图形的创建、处理、显示和应用的学科光栅图形学光栅扫描使用光栅扫描方式生成图像像素图像的基本单元，表示单个点的颜色和亮度分辨率图像中像素的密度，影响图像的清晰度帧缓冲区存储图像像素信息的内存区域二维图元绘制直线使用直线方程或Bresenham算法绘制圆形使用中点圆算法或Bresenham算法绘制多边形使用扫描线算法或填充算法绘制曲线使用Bézier曲线或B样条曲线绘制二维变换1平移移动图形的位置2旋转绕固定点旋转图形3缩放改变图形的大小4剪切改变图形的形状视口与窗口视口屏幕上显示图形的区域窗口用户定义的图形显示区域视口变换将图形从世界坐标系变换到屏幕坐标系窗口变换将图形从世界坐标系变换到窗口坐标系颜色模型1RGB2CMY3HSV4YUV光照模型1环境光来自周围环境的光线2漫反射光光线被表面均匀反射3镜面反射光光线被表面镜面反射光栅图像处理1图像增强2图像分割3图像压缩多边形模型顶点多边形的角点边连接顶点的线段面由边围成的平面三维几何建模盒体建模圆柱体建模球体建模网格建模三维变换1平移移动物体的位置2旋转绕固定轴旋转物体3缩放改变物体的大小视图和投影透视投影模拟人眼观察物体的效果正交投影平行光线照射物体，产生平行投影视点虚拟摄像机的位置目标点虚拟摄像机所指向的目标点视点方向虚拟摄像机的朝向光栅化算法扫描线算法逐行扫描多边形，填充像素Z缓冲区算法用于解决遮挡问题纹理映射算法将纹理贴图应用到物体表面遮挡消除深度测试比较物体距离摄像机的深度模板测试使用模板进行遮挡判断阴影算法1阴影映射将场景投影到阴影贴图中2光线追踪模拟光线的传播路径，计算阴影效果纹理映射纹理贴图用于描述物体表面的细节纹理坐标定义纹理贴图在物体表面的位置和方向曲线和曲面1Bézier曲线使用控制点定义曲线的形状2B样条曲线具有更强的控制性和灵活性3NURBS曲线非均匀有理B样条曲线，可以表示更复杂的曲线形状参数化表示参数方程用参数表示曲线或曲面的坐标参数空间参数变化的范围NURBS曲线和曲面控制点用于控制曲线或曲面的形状节点影响曲线或曲面的形状和光滑度实体建模边界表示（B-rep）使用边界信息定义物体构造实体几何（CSG）使用基本几何体进行组合和运算CSG和B-repCSG适用于创建简单形状的物体B-rep适用于创建复杂形状的物体隐式表示方程表示使用方程定义物体距离函数计算点到物体表面的距离体绘制体数据三维空间中的数据，例如医学扫描数据体渲染根据体数据生成图像渲染管线1建模创建三维模型2变换对模型进行变换3光栅化将模型转化为像素4着色为像素添加颜色和纹理5显示在屏幕上显示图像现代图形硬件1图形处理单元（GPU）专门用于图形处理的处理器2显存存储图形数据的内存图形API和图形库OpenGLDirectXVulkan图形应用领域1游戏2电影3医疗4设计前沿技术趋势虚拟现实（VR）沉浸式虚拟体验增强现实（AR）将虚拟信息叠加到