計算機圖形學(xué)課件(共49張課件)

計算機圖形學(xué)ppt(共49張PPT)目錄計算機圖形學(xué)概述計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)二維圖形生成與處理三維圖形生成與處理真實感圖形生成技術(shù)計算機動畫技術(shù)計算機圖形學(xué)的應(yīng)用實例01計算機圖形學(xué)概述Chapter定義計算機圖形學(xué)是研究如何利用計算機生成、處理和顯示圖形的科學(xué)發(fā)展歷程從20世紀(jì)60年代的計算機圖形學(xué)萌芽，到70年代的光柵圖形學(xué)、80年代的矢量圖形學(xué)，再到90年代的三維圖形學(xué)和現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等技術(shù)的融合發(fā)展計算機圖形學(xué)的定義與發(fā)展游戲中的角色、場景、特效等都需要計算機圖形學(xué)的支持利用計算機圖形學(xué)技術(shù)可以制作出逼真的建筑效果圖和動畫醫(yī)學(xué)圖像處理、三維重建等都需要計算機圖形學(xué)的支持電影中的特效、動畫等都需要計算機圖形學(xué)的技術(shù)實現(xiàn)利用計算機圖形學(xué)技術(shù)可以制作出產(chǎn)品的三維模型和渲染圖計算機游戲影視特效建筑設(shè)計工業(yè)設(shè)計醫(yī)學(xué)領(lǐng)域計算機圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計算機圖形學(xué)不僅需要技術(shù)，還需要美學(xué)和藝術(shù)的指導(dǎo)，以制作出更加逼真、生動的圖形和動畫計算機圖形學(xué)中的很多算法和理論都涉及到數(shù)學(xué)知識，如線性代數(shù)、微積分、數(shù)值分析等計算機圖形學(xué)是計算機科學(xué)的一個重要分支，涉及到計算機體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編程語言等方面計算機圖形學(xué)中的光照模型、物體表面的反射和折射等都需要物理學(xué)的支持?jǐn)?shù)學(xué)計算機科學(xué)物理美學(xué)和藝術(shù)計算機圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科02計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)Chapter基于紅、綠、藍三原色的加色模型，常用于屏幕顯示。RGB色彩模型基于青、品紅、黃、黑四色的減色模型，常用于彩色印刷。CMYK色彩模型分別代表色相、飽和度、亮度和色相、飽和度、值，用于描述顏色的直觀屬性。HSL和HSV色彩模型包括顏色名稱、十六進制表示、RGB/CMYK值等。顏色表示方法色彩模型與顏色表示包括CRT顯示器、LCD顯示器、LED顯示器等，以及各自的優(yōu)缺點。顯示器類型顯示原理分辨率與刷新率介紹光柵掃描顯示原理，包括逐行掃描和隔行掃描兩種方式。解釋顯示器分辨率和刷新率的概念及其對顯示效果的影響。030201圖形顯示設(shè)備與原理01020304鍵盤與鼠標(biāo)介紹鍵盤和鼠標(biāo)的工作原理及在圖形界面中的應(yīng)用。手寫板與數(shù)位板介紹手寫板和數(shù)位板的工作原理及其在圖形輸入中的應(yīng)用。觸摸屏闡述觸摸屏的工作原理及分類，包括電阻式、電容式等。三維輸入設(shè)備概述三維輸入設(shè)備如3D鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套等的工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域。圖形輸入設(shè)備與原理03二維圖形生成與處理Chapter二維空間中的基本元素，具有x和y坐標(biāo)。點（Point）線（Line）圓（Circle）多邊形（Polygon）由兩個端點確定的無限延伸的直線。平面上所有與給定點（中心）距離相等的點的集合。由三條或三條以上的線段首尾順次連接所組成的平面圖形。二維圖形的基本元素如Bresenham直線算法，通過逐步計算像素位置來生成直線。直線的生成算法如中點畫圓算法，利用圓的八對稱性，通過計算決策參數(shù)來生成圓。圓的生成算法如掃描線填充算法，通過掃描多邊形并計算交點來生成多邊形。多邊形的生成算法二維圖形的生成算法包括平移（Translation）、旋轉(zhuǎn)（Rotation）、縮放（Scaling）等變換，可以通過變換矩陣來實現(xiàn)。將圖形限制在指定區(qū)域內(nèi)，如直線裁剪算法Cohen-Sutherland和Liang-Barsky，多邊形裁剪算法Sutherland-Hodgman和Weiler-Atherton等。這些算法通過計算圖形與裁剪窗口的交點來進行裁剪操作。二維圖形的變換二維圖形的裁剪二維圖形的變換與裁剪04三維圖形生成與處理Chapter點（Vertex）線（Edge）面（Face）體（Volume）三維圖形的基本元素三維空間中的基本元素，具有x、y、z三個坐標(biāo)。由三個或更多點定義，表示一個平面區(qū)域。由兩個端點定義，表示兩點之間的連線。由面圍成，表示一個三維空間區(qū)域。三維圖形的生成算法線框模型（WireframeModel）用直線和點表示三維物體的輪廓。表面模型（SurfaceModel）用多邊形面片逼近三維物體的表面。實體模型（SolidModel）定義三維物體的內(nèi)部和外部，表示物體的實體。光線追蹤（RayTracing）模擬光線在三維場景中的傳播，生成真實感圖形。三維圖形的變換與裁剪幾何變換（GeometricTrans…包括平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等變換，用于改變?nèi)S物體的位置和形狀。投影變換（ProjectionTran…將三維物體投影到二維平面上，包括正交投影和透視投影。裁剪（Clipping）去除三維物體在視口之外的部分，只顯示視口內(nèi)的部分。視口變換（ViewportTransf…將裁剪后的三維物體映射到屏幕坐標(biāo)系中，以供顯示。05真實感圖形生成技術(shù)Chapter基于經(jīng)驗的光照模型，考慮了環(huán)境光、漫反射和高光反射。Phong光照模型對Phong模型的改進，使用半角向量計算高光反射，得到更柔和的高光效果。Blinn-Phong光照模型通過計算光線與物體的交點，生成陰影圖，再將陰影圖映射到場景中得到陰影效果。陰影映射通過構(gòu)造包圍物體的陰影體，判斷像素是否在陰影體內(nèi)，從而生成陰影效果。陰影體光照模型與陰影處理紋理坐標(biāo)定義物體表面上的點與紋理圖像上的點之間的映射關(guān)系。Mipmapping使用多級漸遠(yuǎn)紋理來減少紋理采樣時的走樣現(xiàn)象。BumpMapping通過擾動表面法線來模擬表面凹凸不平的細(xì)節(jié)。DisplacementMapping根據(jù)高度圖調(diào)整頂點位置，實現(xiàn)更真實的表面細(xì)節(jié)。紋理映射與表面細(xì)節(jié)處理AlphaBlending通過混合像素的顏色和背景顏色來實現(xiàn)透明度效果。一種解決透明物體渲染順序問題的方法，可以實現(xiàn)正確的透明效果疊加。通過多次渲染場景，每次剝離一層深度，來實現(xiàn)半透明物體的正確渲染。利用屏幕空間信息進行半透明物體的渲染，如屏幕空間環(huán)境光遮蔽（SSAO）和屏幕空間反射（SSR）。Order-IndependentTransparencyDepthPeelingScreen-SpaceMethods透明度與半透明處理06計算機動畫技術(shù)Chapter03計算機動畫的發(fā)展歷程從早期的二維動畫到三維動畫，再到現(xiàn)在的交互式動畫和實時渲染。01計算機動畫的定義通過計算機生成連續(xù)的動態(tài)圖像，實現(xiàn)虛擬場景和角色的動態(tài)表現(xiàn)。02計算機動畫的應(yīng)用領(lǐng)域影視特效、游戲設(shè)計、虛擬現(xiàn)實、工業(yè)設(shè)計等。計算機動畫概述123在動畫中定義關(guān)鍵的狀態(tài)或動作，由計算機插值生成中間幀。關(guān)鍵幀的概念包括位置關(guān)鍵幀、旋轉(zhuǎn)關(guān)鍵幀、縮放關(guān)鍵幀等。關(guān)鍵幀的類型創(chuàng)建關(guān)鍵幀、設(shè)置動畫屬性、調(diào)整時間軸、預(yù)覽和渲染。關(guān)鍵幀動畫的制作流程關(guān)鍵幀動畫技術(shù)過程動畫的概念通過定義物體的運動規(guī)律或過程，由計算機自動生成動畫。過程動畫的實現(xiàn)方法基于物理模擬、基于過程建模、基于行為建模等。過程動畫的應(yīng)用場景自然現(xiàn)象的模擬（如風(fēng)、雨、雪）、物體的變形和破碎效果等。過程動畫技術(shù)物理引擎的組成包括剛體動力學(xué)、柔體動力學(xué)、碰撞檢測與處理、約束求解等模塊?；谖锢淼膭赢嬛谱髁鞒虅?chuàng)建物理模型、設(shè)置物理屬性、施加力和約束、進行物理模擬和渲染。基于物理的動畫概念利用物理引擎模擬現(xiàn)實世界中的物理現(xiàn)象，生成逼真的動畫效果?；谖锢淼膭赢嫾夹g(shù)07計算機圖形學(xué)的應(yīng)用實例ChapterCAD技術(shù)利用計算機圖形學(xué)進行產(chǎn)品設(shè)計、建模、分析和優(yōu)化，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。CAM技術(shù)將CAD模型轉(zhuǎn)換為制造指令，實現(xiàn)自動化、智能化的加工和生產(chǎn)。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于機械、電子、建筑、汽車等制造業(yè)領(lǐng)域。計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)

計算機游戲設(shè)計與開發(fā)游戲引擎基于計算機圖形學(xué)技術(shù)構(gòu)建游戲引擎，實現(xiàn)游戲場景、角色、特效等的渲染和交互。游戲設(shè)計利用計算機圖形學(xué)技術(shù)進行游戲關(guān)卡、任務(wù)、角色等的設(shè)計，提高游戲的可玩性和趣味性。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于娛樂、教育、軍事模擬等領(lǐng)域?；谟嬎銠C圖形學(xué)技術(shù)構(gòu)建三維虛擬環(huán)境，提供沉浸式體驗。虛擬現(xiàn)實技術(shù)將計算機生成的虛擬信息疊加到真實世界中，實現(xiàn)虛實融合