计算机图形学_计算机图形学概述(精品·公开课件).ppt

教材及参考书 课程要求 本课程的先修课是《Java语言》或《Java程序设计》、《数据结构》。 计算机图形学是如计算机辅助几何设计、科学计算可视化、计算机动画、计算机游戏、虚拟现实、人机交互等学科的基础，或说在这些领域中图形学起着越来越重要的作用。所以，计算机图形学的学习为今后的研究工作打下基础。 图形学是研究计算机如何生成图形的！ 其一：我们可以看一下书上介绍的一些算法；比如说画直线的算法——DDA算法，从这个算法大家可以知道了，原来图形学就是比较基础的，研究如何来画出图形的科学。其实现在很多可视化的高级语言都提供一些很方便的函数来实现画直线、画框、画圆、填充等画图动作，图形学就是研究这样一些函数是怎么编写的。 其二：计算机图形学另一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。为此，必须建立图形所描述的场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。计算机图形学也就要研究如何产生上述的效果。 计算机发展的下一个热潮 先后出现的热潮是 1、坐标系统 在现实世界中，所有的物体都具有几何特征，但计算机本身只能处理数字，将几何实体与数据联系在一起的唯一纽带就是坐标，如：现实的几何实体的数字表示可以是一些坐标值，如（x,y,z）。 为了使被显示的几何实体数字化，要在被显示的物体所在的空间中定义坐标系。 (1)、模型坐标系（局部坐标系）：当构造单个对象的数字模型 时，为了方便,可以将其置于一个特定的坐标系下，即模型坐 标系或局部坐标系. 说明：在计算机显示三维世界的过程中，需要在世界 坐标系中给定一个视见体，视见体内包含的内容是我 们对场景感兴趣的部分。 2、几何实体的表示和建模 获得三维物体在图形设备上真实感图形，首先要做的就是建立物体的模型，或者称为物体的计算机描述，它输出几何对象。 再简单点：建模的过程＝让计算机“认识”该物体的过程。 如，比较简单的，可以用一个隐函数来表示一个几何实体，如一个球的表示: 3、几何处理 我们把确定场景中的所有可见面；计算场景中可见面的颜色；将三维几何描述转换为二维透视图，归结为几何处理。 建模输出的几何对象要经过一系列的变换，最终要将其变换到显示屏幕坐标系，并且只有那些处于观察者视域内的图元才能经过光栅化后显示在屏幕上。 （1）变换:是指对象在不同坐标系之间的转换，这些变换可能改变它们的形状和位置，或者改变它们的表示，如平移、旋转、错切等变换。在第4章，我们将详细讨论变换过程。 （2）裁剪：确定了可见面之后需要裁剪操作，是由于显示系统不可能一次看到整个世界。在投影平面上加一个裁剪窗口 ，如果对象的投影在裁剪窗口之内，则它会出现在图像上；如果对象的投影在裁剪窗口之外，则它要被裁剪掉，就不会出现在图像里。如果对象的投影与裁剪窗口相交，则只在图像中看到窗口内的那部分。 （3）投影：经过多次变换和裁剪处理后，最后得到的基本图元（是指没有被裁剪掉、会出现在图像里面的对象）必须投影成为二维对象，才能显示在屏幕上。存在多种投影方法可以使用，我们将在第5章详细讨论。 （4）消除隐藏线、面：如果被其它的对象遮挡，则图形不能被显示在屏幕上。隐藏面的消除即去掉那些看不到的面，留下可见面。在第7章，我们将详细讨论如何进行隐藏面的消除。 （5）光照：如果进行真实感图形绘制，需要计算可见面投射到观察者眼中的光亮度大小和色彩组成，并将它转换成适合图形设备的颜色值，从而确定投影画面上每一象素的颜色，最终生成图形。第8章将详细介绍光照明模型。 4、光栅化 当完成了投影变换，接下来处理的对象就是二维对象。二维对象的图元已经用屏幕坐标系表示了。如要显示上述的投影后的图形元素，必须利用一个光栅化或扫描转化过程，把这些图形的几何信息转换为一组象素值，放在帧缓存里。将如何生成简单几何元素（点、线、面等）的光栅图形问题放在第3章中首先讨论。 5、 显示 一旦确定了对应象素值，把帧缓存里的图形输出到显示屏幕或绘制器上过程可自动完成，具体显示原理在第2章中详细讨论。 广义的图形概念 凡是能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都称为图形。如： (1)自然景物 (2)照片和图片 (3)工程图、设计图和方框图 (4)人工美术绘画、雕塑品 (5)用数学方法描述的图形 （包括几何图形、代数方 程、分析表达式或列表所 确定的图形） 计算机图形学中的图形概念 是指由点、线、面、体等几何要素和明暗、灰度（亮度）、色彩等非几何要素构成的，从现实世界中抽象出来的带有灰度、色彩及形状的图或形。 计算机图形学(computer graphics, CG)：如何在计算机中表示图形、以及