计算机图形学知识.pptx

演讲

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2025-03-07

日期

计算机图形学知识

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计算机图形学概述

计算机图形学基础原理

二维图形处理技术

三维图形处理技术

动画与仿真技术

计算机图形学应用领域

PART

01

计算机图形学概述

计算机图形学定义

计算机图形学是计算机学科的一个重要分支，主要研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。

早期发展历程

现代发展历程

定义与发展历程

计算机图形学起源于20世纪60年代，当时计算机图形学的主要研究内容是简单的二维图形处理，如线条绘制、图形填充等。

随着计算机技术的快速发展，计算机图形学逐渐涉及到三维图形处理、真实感图形生成、动画及虚拟现实等领域，成为计算机科学中的重要研究方向。

应用领域及前景

计算机图形学在娱乐领域的应用非常广泛，如游戏开发、影视特效制作等。

娱乐领域

在工业制造领域，计算机图形学被广泛应用于产品设计、仿真模拟等方面，提高了生产效率和产品质量。

随着虚拟现实和增强现实技术的不断发展，计算机图形学将在这些领域发挥更大的作用，为人们提供更加逼真的虚拟体验。

工业制造

在医疗健康领域，计算机图形学被用于医学影像处理、手术模拟等方面，为医生提供了更为直观的诊断和治疗手段。

医疗健康

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04

03

虚拟现实与增强现实

图形渲染

图形渲染是计算机图形学的核心内容之一，主要研究如何将三维图形转换为二维图像并显示出来，包括光照模型、材质模拟等。

图形处理与分析

图形处理与分析主要研究如何对图形进行编辑、修改、识别等操作，以及如何从图形中提取有用的信息。

动画与交互

动画与交互是计算机图形学的重要组成部分，主要研究如何生成逼真的动画效果以及如何实现用户与图形的交互操作。

图形表示

图形表示是计算机图形学的基础，主要研究如何用计算机表示和处理图形信息，包括几何信息、颜色信息等。

基本组成要素

PART

02

计算机图形学基础原理

使用数学公式描述图形对象的形状和位置，如直线、圆、曲线等。

矢量图形表示

将图形划分为像素或网格，每个像素或网格用颜色值或灰度值表示。

栅格图形表示

通过三维几何模型表示复杂物体，如多边形网格、曲面模型等。

几何建模

图形表示与数学模型

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03

光栅化与渲染技术

扫描转换

将矢量图形转换为栅格图形的过程，包括线条的离散化和填充。

处理三维图形数据的流程，包括顶点处理、光栅化、着色和合成等。

渲染管线

将纹理图像映射到三维模型表面，以增强视觉效果。

纹理映射

平移、旋转、缩放等基本变换，以及投影变换等。

几何变换

用于裁剪超出视区或窗口边界的图形部分，如直线裁剪、多边形裁剪等。

裁剪算法

一种线性变换，可以用于图形的旋转、缩放和平移等操作。

仿射变换

图形变换与裁剪方法

PART

03

二维图形处理技术

扫描线算法

通过计算二维图形的边界，然后填充边界所围成的区域，从而形成完整的图形。

边界框算法

种子填充算法

从图形内部的一点出发，将与该点相连且颜色相同的区域进行填充，直到无法再扩展为止。

通过遍历二维图像中的像素点，确定需要填充的区域，再将这些区域着色。

二维图形绘制算法

在图形内部填充颜色，使得图形看起来更加饱满和真实。

填充技术

通过调整像素的灰度值或颜色，使得图形的边缘更加平滑，减少锯齿效应。

反走样技术

使用预定义的图案来填充图形的内部区域，从而增加图形的视觉效果和层次感。

图案填充

填充与反走样技术

通过滤波算法对图像进行处理，以去除噪声、增强细节或实现其他特殊效果。

图像滤波

图像处理与特效实现

对图像进行平移、旋转、缩放等几何变换，从而实现图像的变形和动画效果。

图像变换

将多幅图像进行叠加、融合或组合，从而生成新的图像效果，如图像拼接、图像叠加等。

图像合成

PART

04

三维图形处理技术

三维建模与表示方法

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03

线框建模

用线条表示物体的轮廓和边缘，简单高效但缺乏真实感。

实体建模

通过构造物体的几何形状和表面来表示物体，具有真实感和立体感，但计算复杂。

曲面建模

使用数学函数定义曲面，适用于描述复杂物体表面，但计算量大。

将纹理图案映射到物体表面，增加物体的细节和真实感，如木纹、石头等。

纹理映射

将光照效果预先计算并存储在纹理中，提高渲染效率。

光照贴图

模拟光线与物体表面的相互作用，实现物体的光影效果，包括漫反射、镜面反射等。

光照模型

光照模型与纹理映射

光线追踪

模拟光线在场景中的传播路径，实现逼真的光影效果，但计算量大。

光栅化

将三维物体投影到二维平面上，进行像素级别的颜色填充，速度快但真实感较低。

实时渲染

在计算机中实时生成三维图像，适用于交互、游戏等场景。

离线渲染

追求高质量的三维图像，需要较长的时间进行计算，适用于电影、动画等领域。

三维渲染