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什么是计算机图形学? 计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科 计算几何 ：研究几何模型和数据处理的学 科，探讨几何形体的计算机表示、分析和 综合 计算机图形学研究内容图形系统的基本功能 1.计算功能 元素生成、坐标变换、求交、剪裁计算。 2.存储功能 存储数据:形体的集合数据、形体间相互关系、数据的实时检索、保存图形的编辑等信息。 3.输入功能 输入信息: 数据、图形信息、图象信息等输入。 命令关键字、操作信息。 4.输出功能 输出信息: 图形信息、文件信息；静态图形、动态图形。 5.交互功能 人─机交互:拾取对象、输入参数；接受命令、数据等。 显示器种类 阴极射线管、随机扫描、存储管式、光栅扫描、等离子和液晶显示器 从以下几个方面介绍图形显示设备： 图形硬件显示原理 CRT液晶显示器未来显示器 光栅显示系统的组成 图形显示方式随机扫描 存储管式扫描 光栅扫描 图形显示质量与一帧的画线数量有关:当一帧线条太多，无法维持30～60帧/秒刷新频率，就会出现满屏闪烁 光栅扫描显示器的常用概念总结：分辨率M*N、颜色个数K与帧缓存大小V的关系 举例： 分辨率是1024×1024的显示器若要显示8种颜色，需要帧缓存大小至少为多少KB? 如果是16M种颜色呢？ 1024*1024*log28 (Bit) 1024*1024*log28/8/1024 (KByte) 图形软件分类 通用编程软件包:GL、OpenGL、VRML、 DirectX、Java2D和Java3D等 图形系统标准总结：图形系统标准分类直线的生成算法直线DDA算法 字符：点阵式字 矢量式字 反走样 用离散量表示连续量引起的失真现象称之为走样 光栅图形的走样现象：阶梯状边界；图形细节失真；狭小图形遗失：动画序列中时隐时现，产生闪烁。 反走样概念及方法 用于减少或消除走样现象的技术称为反走样 反走样方法：提高分辨率 简单区域取样 加权区域取样 提高分辨率方法简单，但代价非常大，而且它也只能减轻而不能消除锯齿问题 简单区域取样缺点：象素的亮度与相交区域的面积成正比，而与相交区域落在象素内的位置无关，这仍然会导致锯齿效应。直线条上沿理想直线方向的相邻两个象素有时会有较大的灰度差。 加权区域取样特点：接近理想直线的像素将被分配更多的灰度值。相邻的两个像素的滤波器相交，有利于缩小直线条上相邻像素的灰度差。 区域填充算法：边界填充和种子填充算法 区域表示方法：内点表示 边界表示 曲面造型：研究在计算机内如何描述和表示一张曲面并对其控制。 实体造型：研究在计算机内如何秒速、定义及表示一个三维物体。 实体造型基础 ：1．点2．边3．环4．面5．体 有效实体：符合正则形体的实体。简称实体 欧拉公式：V：顶点数，E：边数，F：表面数 V-E+F=2 三维实体的表示方法：边界表示—多边形网格表示 构造实体几何表示 空间细分表示 建模路线 灭点：不平行于投影平面的平行线，经过透视投影之后收敛于一点，称为灭点（投影变换） 消隐依据: 三维坐标 消隐结果: 二维坐标 以视点为标准将对象按空间位置排序 消隐解决方案： 先三维排序,再绘制二维→画家算法 二维绘制,同时依据三维判定可见性→Z-Buffer算法 Z-Buffer算法 优点：1）简单稳定，利于硬件实现 2）不需要整个场景的几何数据 缺点: 1）需要一个额外的Z缓冲器2）在每个多边形占据的每个像素处都要计算深度值，计算量大 影响光照效果:视点, 物体, 光源 整体光照明模型 简单光照明模型中，我们假定所考虑的物体表面是不透明的，实际上并非所有的物体都是不透明的，例如玻璃、花瓶、车窗等。 简单光照模型不考虑周围环境对当前景物表面的光照明影响，忽略了光在环境景物之间的传递，很难表现自然界复杂场景的高质量真实感图形。为了增加图形的真实感，必须考虑环境的漫射、镜面反射和规则投射对景物表面产生的整体照明效果。