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《游戏设计》计算机图形学基础CATALOGUE目录计算机图形学概述图形系统与显示设备二维图形生成与处理技术三维图形生成与处理技术动画原理与实现方法游戏引擎中计算机图形学应用总结与展望01计算机图形学概述计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的一门科学。定义从早期的二维图形绘制，到三维图形渲染和虚拟现实技术的发展，计算机图形学在游戏、电影、建筑等领域得到了广泛应用。发展历程计算机图形学定义与发展利用计算机图形学技术，可以构建出逼真的游戏场景，包括地形、建筑、植被等。游戏场景构建角色与动画设计交互与界面设计游戏中的角色和动画也需要借助计算机图形学技术进行设计和制作，以实现更加生动、逼真的效果。计算机图形学还可以用于游戏的交互和界面设计，提升游戏的用户体验。030201游戏设计中计算机图形学作用游戏产业电影与动画产业建筑与城市规划虚拟现实与增强现实常见计算机图形学应用领域游戏产业是计算机图形学应用最广泛的领域之一，涵盖了从游戏策划、设计到开发、测试等各个环节。利用计算机图形学技术，可以进行建筑设计和城市规划，实现更加直观、高效的设计方案展示和修改。计算机图形学在电影与动画产业中也扮演着重要角色，可以制作出逼真的特效和场景。计算机图形学还是虚拟现实和增强现实技术的核心，可以实现更加逼真的虚拟场景和交互体验。02图形系统与显示设备专门处理图形计算的硬件单元，负责渲染和操作图形数据。图形处理器（GPU）图形驱动程序图形内存图形管线与GPU紧密配合的软件，提供图形API和支持开发者进行图形开发。专门用于存储图形数据的内存区域，通常与主内存分开，以提供更快的访问速度。一系列处理阶段，包括顶点处理、光栅化、纹理映射等，用于将3D模型转换为屏幕上的2D图像。图形系统基本组成通过电子枪发射电子束，激发屏幕上的荧光粉发光来显示图像。阴极射线管显示器（CRT）利用液晶材料的电光效应，通过控制液晶分子的排列来改变光的透过率，从而显示图像。液晶显示器（LCD）采用有机材料作为发光层，通过电流驱动有机分子发光来显示图像。有机发光二极管显示器（OLED）将图像投射到屏幕上，通过反射或透射方式使观众看到图像。投影仪显示设备类型及原理指显示设备水平和垂直方向上的像素数量，通常以像素数表示，如1920x1080。分辨率越高，显示的图像越清晰。分辨率描述颜色的方式和标准，常见的颜色模型包括RGB、CMYK、HSV等。RGB模型基于红、绿、蓝三原色的组合来表示颜色；CMYK模型基于青、洋红、黄和黑四种颜色的组合来表示颜色；HSV模型基于色调、饱和度和亮度来描述颜色。颜色模型分辨率与颜色模型03二维图形生成与处理技术二维图形基本元素及属性点、线和多边形二维图形的基本构成元素包括点、线和多边形，它们具有各自的属性如位置、长度、宽度等。颜色与填充二维图形元素可以具有不同的颜色和填充属性，用于表示不同的视觉效果和区分不同的图形对象。图形属性设置与修改在二维图形生成过程中，可以通过设置和修改图形元素的属性来实现不同的图形效果。光栅化是将矢量图形转换为像素表示的过程，是计算机图形学中的重要技术之一。光栅化算法概述直线光栅化算法是将直线转换为像素序列的过程，常用的算法有DDA算法和Bresenham算法等。直线光栅化算法对于曲线和多边形等复杂图形，需要采用更高级的光栅化算法，如扫描线填充算法和边界填充算法等。曲线与多边形光栅化光栅化算法原理及应用裁剪技术概述裁剪是将图形限制在指定区域内的过程，常用于图形显示和图像处理中。多边形裁剪算法多边形裁剪算法是将多边形与裁剪窗口进行比较，确定多边形在裁剪窗口内的部分并进行相应的处理。直线段裁剪算法直线段裁剪算法是将直线段与裁剪窗口进行比较，确定直线段在裁剪窗口内的部分并保留下来。二维变换技术二维变换包括平移、旋转、缩放等，是实现图形运动、变形和视觉效果的重要手段。二维变换与裁剪技术04三维图形生成与处理技术在三维空间中，通常采用右手坐标系，包括X、Y、Z三个轴，用于确定物体的位置和方向。三维坐标系通过变换矩阵可以实现三维物体的平移、旋转和缩放等变换操作，是三维图形处理中的基础。变换矩阵坐标变换是将物体从一个坐标系转换到另一个坐标系的过程，包括模型变换、视图变换和投影变换等。坐标变换三维坐标系及变换矩阵表面渲染方法表面渲染方法是指将三维模型转换为二维图像的过程，包括扫描线渲染、光线追踪和辐射度方法等。光照模型光照模型用于模拟光线在物体表面的反射和折射等效果，常用的光照模型包括Phong光照模型和Blinn-Phong光照模型等。材质与贴