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第四章图形处理技术讲述
第6章 计算机图形学与图形处理技术
6.1 计算机图形学概论
6.2计算机图形学的发展与应用
6.3 二维矢量绘图与编辑
6.4 三维真实感图形技术
6.5 实时真实感图形学技术
6.6 矢量图格式与绘图软件
6.1 计算机图形学概论
6.1.1 计算机图形学研究的主要内容
图6-2 利用真实感图形技术生成的的实体模型
6.1.2 计算机图形处理的基本内容
图形处理包括的主要内容有:
几何变换,如平移、旋转、缩放、透视和投影等
曲线和曲面拟合
建模或造型
隐线隐面消除
阴暗处理
纹理产生
着色
6.1.3 计算机图形系统的组成与功能
作为一个图形系统,至少应具有计算、存储、输入、输出、人机交互等五个方面的基本功能。
计算功能
存储功能
输入功能
输出功能
人机交互功能
6.2 计算机图形学的发展与应用
6.2.1 计算机图形学的发展
DAC-1, 世界上首个用于汽车发动机
设计的CAD系统,1959年由IBM开发
世界上第一台光笔交互式
图形显示器IBM2250
图6-4 早期的计算机图形应用系统
6.2.2 计算机图形学的应用领域
1.计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)
图6-5 用CAD设计的波音(BOEING)777
2.图形化的用户接口
3.地形地貌和自然资源图
4.科学计算可视化
5. 计算机动画和艺术
三维动画电影《精灵鼠小弟》
计算机创作的静物风格作品
图6-7 计算机动画与艺术创作
6.3 二维矢量绘图与编辑
6.3.1 矢量图形对象与绘图工具
1.矢量图形对象
2.绘图工具
图6-8 矢量绘图软件提供的工具箱
交互式工具是矢量绘图软件中的一个非常重要的功能,通过
一系列的交互工具的使用,可以创建出令人惊叹的效果。使
用“调和工具”,可以将两个对象通过调和平滑的组合在一
起,在矢量图形对象之间产生形状、颜色的连续变化
(图6-9a)。交互式变形工具可以同时对多个矢量对象进行变
形(图6-9b)。
(a)交互式调和工具效果
(b)交互式变形工具效果(注意变形前后两个图形的不同)
图6-9 交互式工具的使用
智能绘图工具自动对涂鸦的线条进行识别、判断并组织成
最接近的几何形状,如图6-10所示。
图6-10 智能绘图工具能将手绘草图
转换成最接近的几何形状
6.3.2路径与锚点
开放路径:路径有两个明显的端点(锚点),中间有任意数目的定位点。
闭合路径:路径是连续的,没有终点和起始点。闭合路径对象是可以填充的,而开放路径对象则不能填充。
复合路径:由两个或多个开放或闭合路径组成。
图6-11 路径及其绘图实例
6.3.3 曲线编辑
图6-12 由两个Bazzier曲线段连接而成的曲线,
拖动方向线可改变曲线的弯曲形状
6.3.4填充与渐变
图6-13 渐变与图案填充效果
图6-14 渐变网格应用示意图及作品
6.3.5 矢量字体
图6-15 用矢量绘图软件设计的美术字体
6.3.6 三维造型
图6-16 用Adobe Illustrator CS
矢量绘图软件设计的三维图形
6.4 三维真实感图形技术
6.4.1 真实感图形技术研究的内容
6.4.2 计算机三维图形建模与表示
1.三维物体的投影与透射
图6-17 直线段P1P2在投影平面平行投影
2.多边形网格模型
图6-19 一个物体的多边形网格表示
图6-20 三维模型的面是由多边形或曲面组成的
3.三维物体的数值表示
图6-21为一立方体模型。立方体的顶点表坐标构成该物体的三维模型信息。
图6-21 立方体模型的顶点表示
4.如何获取多边形网格
(a) 三维数字化仪
(b)实物
(c)物体表面的网格表示
图6-22 利用三维数字化仪为创建三维模型
6.4.3 三维几何造型方法
图6-23 三维实体模型的表示
图6-24 复杂曲面的三维建模应用:
表面模型(左图)与实体模型(右图)
6.4.4 三维物体消隐
(a)线框图 (b)从右上往下看 (C)从左下住上看
图6-25 线框模型具有二义性
线框图 线消隐 面消隐
图6-26 线消隐与面消隐
消隐算法大致可以分为:物体空间法、图像空间法和排列优先法。图6-27是经消隐算法处理后得到线消隐与面消隐三维图形。
(a)经线消隐处理的三维线框图 (b) 经面消隐处理的三维表面图
图6-27 经消隐处理后的三维图形
6.4.5 光照模型
1.局部光照模型与整体光照模型
(a)采用局部光照模型
绘制的三维球体
(b)采用整体光照模型
绘制的三维球体
图6-28 局部光照模型和整体光照模型示例
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