第2讲计算机图形学基础-基本图形生成.pptx

2.1．计算机图形学概述 2.2．图形显示原理 — CRT显示器工作原理 — LCD显示器工作原理 2.3．基本图形生成算法 — 直线生成算法 — 圆弧生成算法 — 其它基本图形生成 2.4．图形裁减算法 2.5．多边形填充算法（选学） 2.6．图形反走样算法（选学） 2.7．基于OpenGL图形库生成图形（选学）;本章目的：;2.1．计算机图形学概述;一类是线条，如工程图、地图、曲线图表等； 另一类是明暗图，与照片相似。为了生成图形，首先要有原始数据或数学模型，如工程人员构思的机械零件模型，飞机的总体方案模型，科学数据的可视化等等。这些数字化的输入经过计算机处理后变成图形输出。;2.2、图形显示原理 – 颜色;2.2、图形显示原理;彩色CRT显示器包含数以百万计的磷光点，成阵列排列。每个阵列点（称为象素）有三个荧光点（红、绿、蓝三色），由三支电子枪控制各自电子束强度实现不同亮度颜色，分别为红色、绿色和蓝色（即红、绿、蓝三基色），当通过屏幕的电子束击中它们时，就会发光呈彩色图像。;每秒钟重绘屏幕的次数， CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率： = 1秒 / 荧光物质的持续发光时间 （Hz）;每个象素都对应于Buffer中的一个存储单元，用来存储象素颜色（灰度）值的存储器，称为帧缓冲存储器。 目前，显示器均采用32bit来表示颜色，其中Ｒ、Ｇ、Ｂ各８位，另８位可用于表示色彩透明度，此即颜色的ＲＧＢＡ表示。 分辨率1024x1024的一帧图像，其显存所需容量： 　　＝ 1024x1024x32bit/8 ＝４Ｍ（byte） ;LCD显示系统原理示意图;—— 液晶显示器（LCD）;2.3．基本图形生成算法;画直线是CAD中最常用的操作，在光栅显示器上画线只能以点近地似显示。 如下图，从（x1, y1）到（x2, y2）画直线实质上是寻找最佳逼近直线的象素序列，并填入色彩数据，该过程称为直线光栅化，也称直线扫描转换。 常用算法有：直线DDA算法、中点算法、Bresenham算法等,其中以 Bresenham算法效率高，应用最广泛。;直线y = kx+b中每一点坐标(xi+1 , yi+1 )都可由前一点坐标(xi , yi)加一个增量（△x, △ y）而得到，即： xi+1 = xi+ △ x，yi+1=yi+ △ y，且△ y = k · △ x。 设直线的起点（x1, y1）为所画直线的初值，考虑到象素为整数，于是画线算法过程可表述为：;;算法应用举例;2） Bresenham算法原理;算法思想：;;;;圆也是图形系统中常用的元素。我们将圆定义为所以距离中心位置(xc, yc) 为给定值 r 的点集。圆的方程为：;如右图，圆上的点满足判别式：;中点算法（续前）;中点算法示例：;;图形基本生成算法小结;通常，直线边和窗口的关系分为如下三类： （a）整条直线在窗口内。不剪裁，全显示。 （b）整条直线在窗口外。不剪裁，不显示。 （c）部分直线在窗口之内，部分在窗口之外。此时，需要求出直线与窗框之交点，并将窗口外的直线部分剪裁掉，显示窗口内的部分。;—— Cohen-Sutherland直线裁剪算法;1）端点编码。根据直线两端点坐标值相对位置，对直线两端点进行分类编码； 2）去除不需剪裁的直线。规则是：如果一条直线的两端在同一区域，则该直线不需剪裁，否则该直线为可能剪裁直线； 3）剪裁可能直线。规则是：如果直线的一个端点在上（下、左、右）域，则此直线与上边框求交，然后删去上（下、左、右）边框以上（下、左、右）的部分；对直线的另一端点也按该规则判断。;2）多边形裁剪算法;新的多边形顶点序列产生规则：在用窗口一条边界及其延长线裁剪一个多边形时，该边界线把平面分成两个部分：边界内侧和边界外侧。 如下图，依次考虑有序多边形的各边。假设当前处理的边为SP(箭头表示顺序，S为前一点，P为当前点)，边SP与裁剪线的位置关系有四种情况： 　　1） S在外侧，P在内侧。则交点Q与当前点P均保存到新多边形中；　　2） S、P均在内侧。则当前点P保存到新多边形中；　　3） S在内侧，P在外侧。则交点Q保存到新多边形中；　　4） S、P均在外侧。则没有点被保存到新多边形中。;多边形裁减算法示例;区域填充就是在一个闭合区域内填充某种颜色或图案。区域填充一般分两类： 多边形填充 和 种子填充。;——改进的边相关扫描线填充算法;这类算法建立在多边形边界的图象数据之上，并需提供多边形界内一点的坐标，一般用于人机交互填色，而难以用于程序自动填色。;;3）图案填充算法（选学）;图案定位方法 ;2.6、图形反走样算法（选学）;因为计算机屏幕