計算機圖形學概念總結

計算機圖形學概念總結1.計算機圖形學門學科。研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉換為圖形，并在專門的顯示設備上顯示的原理、方法和技術的學科。2.圖形研究怎樣利用計算機來顯示、生成和處理圖形的原理、方法和技術的一從客觀世界中抽象出來的帶有顏色及形狀信息的圖和形。一般指用計算機繪制的畫面，如直線、圓、圓弧、任意曲線和圖表等，圖形文件中只記錄生成圖的算法和圖上的某些特點，也稱矢量圖（參數(shù)法）圖像則是指由輸入設備捕捉的實際場景畫面或以數(shù)字化形式存儲的任意畫面。圖像是由一些排列的像素組成的。（點陣法）3.計算機圖形學的應用計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）計算機輔助繪圖計算機輔助學教（CAI）辦公自動化和電子出版技術（ElectronicPublication）計算機藝術在工業(yè)控制及交通方面的應用在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應用圖形用戶界面4.計算機圖形系統(tǒng)：計算機硬件+圖形輸入輸出設備+計算機系統(tǒng)軟件+圖形軟件5.圖形系統(tǒng)的基本功能和計算機圖形系統(tǒng)的結構圖形系統(tǒng)的基本功能：圖形輸出設備輸出顯示器交互計算存貯數(shù)據(jù)庫輸入圖形輸入設備6：典型的圖形輸入設備：鼠標器、操縱桿、跟蹤球、空間球、數(shù)字化儀的觸筆或手動光標，圖形掃描儀數(shù)據(jù)手套。7：邏輯輸入設備：定位、比劃、數(shù)值、字符串、選擇、拾取設備8：輸入模式：如何管理、控制多種輸入設備進行工作。常用的輸入模式：請求（request）采樣（sample）事件（event）組合形式器、顯示控制器（卡）9：圖形顯示設備：顯示10：陰極射線管CRT從外形上看，CRT為：管頸部分、錐體部分、屏幕部分從結構上看，CRT為：電子槍、偏轉系統(tǒng)、熒光屏余輝時間：從電子束停止轟擊到發(fā)光亮度下降到初始值的1%所經歷時間。CRT圖形顯示器包括：隨機掃描的圖形顯示器直視存儲管圖形顯示器光柵掃描的圖形顯示器平板顯示器包括：液晶顯示器等離子體顯示板薄片光電顯示器發(fā)光二極管顯示器平板CRT顯示器激光顯示器11：圖形顯示子系統(tǒng)簡單的光柵圖形顯示子系統(tǒng)系統(tǒng)主存顯示控制器CPU幀緩存顯示器系統(tǒng)總線圖2-24常用的光柵圖形顯示子系統(tǒng)結構顯示處理器存儲器顯示控制器幀緩存顯示器顯示處理器系統(tǒng)主存CPU系統(tǒng)總線圖2-25高級光柵圖形顯示子系統(tǒng)結構.分辨率光點一般是指電子束打在顯示器的熒光屏上，顯示器能夠顯示的最小的發(fā)光點。象素點是指圖形顯示在屏幕上時候，按當前的圖形顯示分辨率所能提供的最小元素點。１)屏幕分辨率，也稱為光柵分辨率，它決定了顯示系統(tǒng)最大可能的分辨率，任何顯示控制器所提供的分辨率也不能超過這個物理分辨率。屏幕分辨率=水平方向上的光點數(shù)*垂直方向上的光點數(shù)顯示分辨率，是計算機顯示控制器所能夠提供的顯示模式分辨率，實際應用中簡稱為顯示模式存儲分辨率是指幀緩沖區(qū)的大小，一般用緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)表示。存儲分辨率不僅與顯示分辨率有關，還與象素點的色彩有關。幀緩存大小的計算：(x方向的象素點數(shù)*y方向的象素點數(shù)*log2n)/8(B)（其中：n為顏色數(shù)或灰度等級數(shù)）顏色查找表也稱調色板，是由高速的隨機存儲器組成，用來儲存表達象素色彩的代碼。此時幀緩沖存儲器中每一象素應對單元的代碼不再代表該象素的色彩值，而是作為查色表的地址索引。12：造型技術：圖形象對：規(guī)則+不規(guī)則對象（是否可以用歐式幾何來描述）基本圖形元素與段：：{圖素：是指可以用一定的幾何參數(shù)和屬性參數(shù)描述的最基本的圖形輸出元素。體素：是三維空間中可以用有限個尺寸參數(shù)定位和定形的體。段是指具有邏輯意義的有限個圖素（或體素）及其附加屬性的集合。段一般具有三個特性：可見性、醒目性、可選擇性圖形信息又包括：幾何信息：形體在歐氏空間中的位置和大小。拓撲信息：形體各分量（點、邊、面）的數(shù)目及其相互間的連接關系。建模坐標系用戶坐標系直角坐標系仿射坐標系圓柱坐標系球坐標系極坐標系坐標系觀察坐標系規(guī)格化的設備坐標系設備坐標系圖4-4坐標系的分類實體模型（實體造型技術）可以將實體模型的表示大致分為三類：邊界表示（Boundaryrepresentation,B-reps）幾何表示（ConstructiveSolidGeometry,CSG）Space-partitioning）構造實體空間分割表示（三維形體的表示1.空間位置枚舉表示2.八叉樹（對空間進行自適應劃分，采用具有層次結構的八叉樹來表示實體）（四叉樹）3.BSP樹非規(guī)則對象的表示基于分數(shù)維理論的隨機模型基于文的法模型粒子系統(tǒng)模型}區(qū)域填充算法：多邊形的掃描轉換1:x掃描線填充算法求交排序配對填充2：改進算法（Y連貫性算法）：求交點的時候利用增量的方法計算出下一個交點在排序配對的時候只有在新加入邊的時候才進行為了防止走樣：填充的原則左閉右開下閉上開邊表構造以及AET表兩個不同的部分x，ymax，1/k、next算法步驟：(1)初始化：構造邊表，AET表置空表合并；(3)由AET表中取出交點對進行填充。填充之后刪除y=ymax的邊；(4)yi+1=yi+1,根據(jù)xi+1=xi+1/m計算并修改AET表，同時合并ET表中y=yi+1桶中的邊，按次序插入到AET，形成新的AET表；(5)AET表不為空則轉(3)，否則結束3：邊緣填充算法柵欄填充算法邊標志算法（多變形的出示為假，遇到變?yōu)檎妫麓卧偌伲鎰t填充假則不）4：區(qū)域填充把位于給定區(qū)域的邊界上的象素一一列舉出來的方法稱為邊界表示。法邊界填充算法（Boundary-fillAlgorithm）；(2)將第一個不空的ET表中的邊與AET表中邊上的點全都標識出來，枚舉出給定區(qū)域內所有象素的表示方法稱為內點表示。4連通區(qū)域8聯(lián)通區(qū)域改進：通過沿掃描線填充水平象素段，來代替處理4-鄰接點和8-鄰接點泛填充算法（Flood-fillAlgorithm）（邊界VS泛一個是全部的邊的標志出現(xiàn)一個是內部的點全部出現(xiàn)當以邊界表示時，4-連通邊界填充算法只能填充4-連通區(qū)域，8-連通邊界填充算法也只能填充8-連通區(qū)域。當以內點表示時，8-連通泛填充算法可以填充8-連通區(qū)域也可以填充4-連通區(qū)域，當然4-連通泛填充算法還是只能填充4-連通區(qū)域。）內-外測試奇-偶規(guī)則交點的奇偶數(shù)奇內偶外非零環(huán)繞數(shù)規(guī)則任意位置p作一條射線。當從p點沿射線方向移動時，對在每個方向上穿過射線的邊計數(shù)，每當多邊形的邊從右到左穿過射線時，環(huán)繞數(shù)加1，從左到右時，環(huán)繞數(shù)減1。處理完多邊形的所有相關邊之后，若環(huán)繞數(shù)為非零，則p為內部點，否則，p是外部點。屬性處理：線寬以及字符等線寬線刷子與方刷子+線帽走樣及反走樣走樣：用離散量表示連續(xù)量引起的失真反走樣：用于減少或消除這種效果的技術處理方法：過取樣（supersampling），或后濾波區(qū)域取樣（areasampling），或前濾波過取樣：簡單區(qū)域取樣：簡單重疊加權及觀察重疊加權二維變化齊次坐標圖形的幾何變換是指對圖形的幾何信息經過平移、比例、旋轉等變換后產生新的圖形，是圖形在方向、尺寸和形狀方面的變換二維裁剪及裁剪算法：裁剪算法包括：編碼裁剪算法中點分割算法（與編碼的區(qū)別是如何確定邊界的交點二分逼近法）梁友棟算法直線的參數(shù)方程xxu(xx)121yyu(yy)121下邊的三個點上邊的三個點判斷這三個點的位置來確定哪一個點為邊界點來進行最后填充算法區(qū)域裁剪算法1.邊界線來切割輪流設置邊界表及邊表2.利用向量的方法判斷入點及出點若入點則話，出點的話，找邊界上那個離它較近的那個點，畫起來三維觀察以及變換和裁剪三維圖形的投影變化平面幾何投影主要指平行投影、透視投影以及通過這些投影變換而得到的三維立體的常用平面圖形：三視圖、軸測圖。觀察投影是指在觀察空間下進行的圖形投影變換。平面幾何投影平行投影透視投影主視圖側視圖俯視圖正等測三視圖正投影正軸測斜等測正二測平行投影正三測平面幾何投影斜投影一點透視斜二測三維的幾何變換與二維的不同之處在于多了一維的數(shù)字以及在旋轉的時候需要注意繞哪一個軸旋轉的時候那一個軸的值對應為一cossin但是對于繞y軸的時候要變-sincoscos0sin0化，需要TRY另外對于三維的復合變化時候，需要多次旋轉01sin0cos0000001滅點：不平行于投影面的平行線的投影會匯聚到一個點，這個點稱為滅點坐標軸作主滅點。一點透視有一個正交，與另外兩個坐標軸平行。兩點透視有兩個即投影面與兩個坐標軸坐標軸平行。三點透視有三個坐標軸都相交。一點透視兩點透視三點透視等的步驟(VanishingPoint)。方向的平行線在投影面上形成的滅點稱主滅點，即投影面與一個坐標軸主滅點，相交，與另一個主滅點，即投影面與三個二維三維觀察流程的比較：應用程序到圖WC形的用戶坐標窗口到視區(qū)(規(guī)范用戶坐觀察坐標系到標系下視圖區(qū)從規(guī)范化坐在圖形VC觀察坐對窗口VC化設備坐NDC標系到設設備上DC標系中定義)的變換標系間進行裁的變換剪備坐標系輸出的變換圖6-19兩維觀察流程應用程序到圖形的用戶二用戶坐標系到觀察坐標系間的變換用戶坐標觀察坐標規(guī)范規(guī)范化三規(guī)范化規(guī)范化維設正化投投影維投影二維變備投在圖形設備上坐標換坐輸出影變坐標裁坐標換剪影輸標出坐標圖7-35三維觀察流程真實感消影技術提高空間感消影算法的分類：以每個像素為處理單元或以場景中的每個物體為處理單元算法復雜度假設場景中有k個物體，平均每個物體表面由h個多邊形構成，顯示區(qū)域中有mxn個像素，則：第一種算法的復雜度為：O(mnkh)第二種算法的復雜度為：O((kh)*(kh))效率的提高方法利用連貫性將透視投影轉換成平行投影物體分層表示包圍盒技術背面剔除空間分割技術消影算法畫家算法z軸緩沖器算法掃描線z軸緩沖器算法區(qū)域子分算法真實感繪圖之顏色模型簡單光照明模型反射光漫反射鏡面反射光的衰減多邊形繪制方法光滑著色與均勻著色（又叫插值著色包括Gouraud著色方法Phong著色方法）整體光照明模型簡單光照明模型亦稱局部光照明模型，其假定物體是不透明的，只考慮將光再物體之間的傳播效果籠統(tǒng)地模擬為環(huán)境光。而整體光照明模型則不然，它考慮了物體之間的相互影響以產生整體照明效果光源的