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计算机图形学基础知识

计算机图形学是研究如何用计算机生成、处理和显示图像的学科。

它涉及到计算机科学、数学、物理学和艺术等多个领域的知识。本文

将介绍计算机图形学的基础知识，包括图像表示、图形渲染、几何变

换等内容。

一、图像表示

图像是由像素组成的二维数组，每个像素表示图像中的一个点。在

计算机中，通常使用位图和矢量图两种方式来表示图像。

1.1位图

位图是将图像划分为像素网格，每个像素使用一定的位数来表示其

颜色信息。位图的优点是能够准确地表示图像的每个像素，但缺点是

图像放大会导致像素明显可见，不适用于放大和缩小操作。

1.2矢量图

矢量图使用数学公式来表示图像的形状和属性，与像素无关。矢量

图具有无损放大和缩小的特点，但对于复杂的图像和纹理表示不够准

确。

二、图形渲染

图形渲染是将图形模型转换为图像的过程，主要包括三维物体的投

影、光照和阴影等处理。

2.1三维物体的投影

三维物体投影可以分为正交投影和透视投影两种方式。正交投影保

持物体的大小和形状不变，透视投影则模拟人眼的视觉效果，使得远

处的物体变小。

2.2光照模型

光照模型是模拟光线照射物体后产生的亮度和颜色的过程。常用的

光照模型有环境光、漫反射光和镜面反射光等。

2.3阴影生成

阴影生成是根据光照模型计算物体表面的阴影效果。常用的阴影生

成方法有平面阴影和体积阴影等。

三、几何变换

几何变换是改变物体在二维或三维空间中的位置、大小和方向的操

作，包括平移、旋转和缩放等。

3.1平移变换

平移变换改变物体的位置，可以沿x、y、z轴方向进行平移。

3.2旋转变换

旋转变换改变物体的方向，可以绕x、y、z轴进行旋转。

3.3缩放变换

缩放变换改变物体的大小，可以沿x、y、z轴方向进行缩放。

四、图形学应用

计算机图形学广泛应用于许多领域，如电影、游戏、虚拟现实等。

4.1电影与动画

计算机图形学在电影和动画中起到关键作用，能够生成逼真的视觉

效果和特殊效果。

4.2游戏开发

计算机图形学在游戏开发中用于生成游戏场景、角色和特效等，提

供给玩家沉浸式的游戏体验。

4.3虚拟现实

虚拟现实利用计算机图形学技术创建虚拟环境，使用户可以与虚拟

世界进行互动和沉浸式体验。

总结：

计算机图形学是一门涉及多学科知识的学科，包括图像表示、图形

渲染和几何变换等基础知识。它在电影、游戏和虚拟现实等领域具有

广泛的应用，通过计算机图形学技术可以生成逼真的图像和特效，为

用户提供沉浸式的体验。随着计算机技术的不断发展，计算机图形学

在各个领域的应用前景将更加广阔。