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计算机图形学PPT课件

目录

引言

图形系统基础

基本图形生成算法

三维图形变换与观察

真实感图形绘制技术

曲线与曲面绘制技术

计算机动画技术

计算机图形学前沿技术

01

引言

Chapter

研究计算机生成、处理和显示图形的一门科学。

计算机图形学定义

研究内容

与其他学科关系

包括图形生成算法、图形处理技术和图形显示技术等。

与计算机科学、数学、物理学、艺术等学科密切相关。

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01

20世纪50年代至60年代，主要进行基础研究和实验。

早期发展阶段

20世纪70年代至80年代，随着计算机技术的飞速发展，计算机图形学得到了广泛应用。

快速发展阶段

20世纪90年代至今，计算机图形学技术不断成熟，应用领域不断拓展。

成熟与拓展阶段

虚拟现实与增强现实

通过计算机图形学技术构建虚拟场景或增强现实效果。

计算机游戏

游戏中的场景、角色、道具等都需要计算机图形学技术支持。

计算机辅助设计与制造

如CAD、CAM等，用于产品设计和制造过程中的图形处理。

影视特效制作

电影、电视剧中的特效镜头需要借助计算机图形学技术实现。

可视化数据分析

将数据以图形的方式呈现出来，帮助人们更直观地理解和分析数据。

02

图形系统基础

Chapter

包括图形处理器、图形加速卡、显示器等，用于实现图形的生成、存储和显示。

图形硬件

包括操作系统中的图形子系统、图形库和应用程序中的图形模块，用于提供图形绘制和处理功能。

图形软件

包括几何数据、属性数据、拓扑数据等，用于描述图形的形状、颜色、位置等信息。

图形数据

跨平台的图形设备接口，支持二维和三维图形绘制，广泛应用于游戏、CAD等领域。

OpenGL（OpenGraphicsLibra…

Windows系统提供的图形设备接口，支持二维图形绘制和文本处理。

GDI（GraphicsDeviceInterf…

Microsoft开发的多媒体编程接口，包括Direct3D、Direct2D等，支持三维图形绘制和高效渲染。

DirectX

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使用点、线、面等几何元素来表示图形，包括二维和三维几何表示方法。

几何表示

使用颜色、纹理、透明度等属性来表示图形的外观特征。

属性表示

描述图形元素之间的连接关系，如点、线、面的相邻关系等。

拓扑表示

包括平移、旋转、缩放等几何变换，以及投影、裁剪等视图变换。

图形变换

03

基本图形生成算法

Chapter

03

中点画线算法

基于直线中点坐标的取整运算来生成直线，速度较快且精度较高。

01

DDA算法

数字微分分析器算法，通过逐步增加直线斜率的方式来生成直线。

02

Bresenham算法

一种高效的直线生成算法，通过整数运算和决策参数来确定下一个点的位置。

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3

利用圆的八分对称性，通过计算八个基本点的坐标来生成圆。

八点画圆算法

基于圆的中点坐标的取整运算来生成圆，与直线生成算法类似。

中点画圆算法

一种高效的圆生成算法，通过决策参数和递推公式来确定下一个点的位置。

Bresenham画圆算法

通过扫描多边形的水平边并与多边形的交点进行排序，然后填充交点之间的像素来生成多边形。

扫描线填充算法

从多边形的一个边界点开始，通过判断当前点是否在多边形内部来逐步填充多边形。

边界填充算法

在多边形内部选择一个种子点，然后通过扩散的方式逐步填充多边形，直到遇到多边形的边界为止。

种子填充算法

04

三维图形变换与观察

Chapter

以某一平面为对称面，将图形进行对称变换。

绕x、y、z轴旋转一定角度，使图形在空间中旋转。

将三维图形沿x、y、z方向移动一定距离，不改变图形形状和大小。

在x、y、z方向分别进行缩放，可改变图形的大小和形状。

旋转变换

平移变换

缩放变换

镜像变换

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视点与视线

确定观察者的位置和视线方向，以获取不同的观察效果。

光照与明暗处理

模拟光源和光线传播，计算物体表面的明暗变化。

消隐处理

消除被遮挡的线和面，增强图形的立体感和真实感。

透视投影

根据近大远小的原理，使远处物体看起来更小，增强立体感。

正投影

斜投影

透视投影

阴影生成

平行光线垂直投射到投影面上，形成物体的正投影。

从视点出发，通过透视变换将三维物体投影到二维平面上。

平行光线与投影面成一定角度投射，形成物体的斜投影。

根据光源位置和物体形状，计算阴影的位置和形状。

05

真实感图形绘制技术

Chapter

消隐算法分类

根据消隐对象的不同，消隐算法可分为线消隐、面消隐和体消隐三类。

光照模型分类

01

包括局部光照模型和全局光照模型两类，局部光照模型仅考虑光源对物体表面的直接影响，而全局光照模型还需考虑物体间的相互反射和折射等间接影响。

表面着色原理

02

根据光照模型和物体表面属性，计算每个像素点的颜色值