《圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)》課件

圖形圖像學(xué)基礎(chǔ)本課程將帶您深入了解圖形圖像學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，涵蓋二維和三維圖形的創(chuàng)建、處理和渲染，并探討相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。課程概述目標(biāo)了解圖形圖像學(xué)的基本概念和原理掌握二維和三維圖形的繪制、變換和渲染技術(shù)熟悉常用的圖形API和圖形庫(kù)能夠運(yùn)用圖形圖像學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題內(nèi)容圖形學(xué)基本概念光柵圖形學(xué)三維幾何建模渲染管線圖形應(yīng)用領(lǐng)域前沿技術(shù)趨勢(shì)圖形學(xué)基本概念圖形視覺(jué)信息的數(shù)字化表示圖像二維視覺(jué)信息的數(shù)字化表示圖形學(xué)研究圖形的創(chuàng)建、處理、顯示和應(yīng)用的學(xué)科光柵圖形學(xué)光柵掃描使用光柵掃描方式生成圖像像素圖像的基本單元，表示單個(gè)點(diǎn)的顏色和亮度分辨率圖像中像素的密度，影響圖像的清晰度幀緩沖區(qū)存儲(chǔ)圖像像素信息的內(nèi)存區(qū)域二維圖元繪制直線使用直線方程或Bresenham算法繪制圓形使用中點(diǎn)圓算法或Bresenham算法繪制多邊形使用掃描線算法或填充算法繪制曲線使用Bézier曲線或B樣條曲線繪制二維變換1平移移動(dòng)圖形的位置2旋轉(zhuǎn)繞固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)圖形3縮放改變圖形的大小4剪切改變圖形的形狀視口與窗口視口屏幕上顯示圖形的區(qū)域窗口用戶定義的圖形顯示區(qū)域視口變換將圖形從世界坐標(biāo)系變換到屏幕坐標(biāo)系窗口變換將圖形從世界坐標(biāo)系變換到窗口坐標(biāo)系顏色模型1RGB2CMY3HSV4YUV光照模型1環(huán)境光來(lái)自周圍環(huán)境的光線2漫反射光光線被表面均勻反射3鏡面反射光光線被表面鏡面反射光柵圖像處理1圖像增強(qiáng)2圖像分割3圖像壓縮多邊形模型頂點(diǎn)多邊形的角點(diǎn)邊連接頂點(diǎn)的線段面由邊圍成的平面三維幾何建模盒體建模圓柱體建模球體建模網(wǎng)格建模三維變換1平移移動(dòng)物體的位置2旋轉(zhuǎn)繞固定軸旋轉(zhuǎn)物體3縮放改變物體的大小視圖和投影透視投影模擬人眼觀察物體的效果正交投影平行光線照射物體，產(chǎn)生平行投影視點(diǎn)虛擬攝像機(jī)的位置目標(biāo)點(diǎn)虛擬攝像機(jī)所指向的目標(biāo)點(diǎn)視點(diǎn)方向虛擬攝像機(jī)的朝向光柵化算法掃描線算法逐行掃描多邊形，填充像素Z緩沖區(qū)算法用于解決遮擋問(wèn)題紋理映射算法將紋理貼圖應(yīng)用到物體表面遮擋消除深度測(cè)試比較物體距離攝像機(jī)的深度模板測(cè)試使用模板進(jìn)行遮擋判斷陰影算法1陰影映射將場(chǎng)景投影到陰影貼圖中2光線追蹤模擬光線的傳播路徑，計(jì)算陰影效果紋理映射紋理貼圖用于描述物體表面的細(xì)節(jié)紋理坐標(biāo)定義紋理貼圖在物體表面的位置和方向曲線和曲面1Bézier曲線使用控制點(diǎn)定義曲線的形狀2B樣條曲線具有更強(qiáng)的控制性和靈活性3NURBS曲線非均勻有理B樣條曲線，可以表示更復(fù)雜的曲線形狀參數(shù)化表示參數(shù)方程用參數(shù)表示曲線或曲面的坐標(biāo)參數(shù)空間參數(shù)變化的范圍NURBS曲線和曲面控制點(diǎn)用于控制曲線或曲面的形狀節(jié)點(diǎn)影響曲線或曲面的形狀和光滑度實(shí)體建模邊界表示（B-rep）使用邊界信息定義物體構(gòu)造實(shí)體幾何（CSG）使用基本幾何體進(jìn)行組合和運(yùn)算CSG和B-repCSG適用于創(chuàng)建簡(jiǎn)單形狀的物體B-rep適用于創(chuàng)建復(fù)雜形狀的物體隱式表示方程表示使用方程定義物體距離函數(shù)計(jì)算點(diǎn)到物體表面的距離體繪制體數(shù)據(jù)三維空間中的數(shù)據(jù)，例如醫(yī)學(xué)掃描數(shù)據(jù)體渲染根據(jù)體數(shù)據(jù)生成圖像渲染管線1建模創(chuàng)建三維模型2變換對(duì)模型進(jìn)行變換3光柵化將模型轉(zhuǎn)化為像素4著色為像素添加顏色和紋理5顯示在屏幕上顯示圖像現(xiàn)代圖形硬件1圖形處理單元（GPU）專門用于圖形處理的處理器2顯存存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)的內(nèi)存圖形API和圖形庫(kù)OpenGLDirectXVulkan圖形應(yīng)用領(lǐng)域1游戲2電影3醫(yī)療4設(shè)計(jì)前沿技術(shù)趨勢(shì)虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）沉浸式虛擬體驗(yàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）將虛擬信息疊加到