计算机图形学computergraph课件.ppt
计算机图形学简介
计算机图形学是计算机科学的一个重要分支，它研究如何用计算机生成和处理图像，并利用图像来解决各种问题。
计算机图形学涉及多个领域，包括图像生成、图像处理、计算机动画、虚拟现实、计算机视觉等等。
计算机图形学的发展历程
1
早期探索阶段
20世纪50年代
2
向量图形时代
20世纪60-70年代
3
光栅图形时代
20世纪80-90年代
4
3D图形时代
20世纪90年代至今
计算机图形学经历了早期探索、向量图形、光栅图形和3D图形四个主要阶段，不断演进。
计算机图形学的基本概念
几何模型
计算机图形学使用数学模型来表示物体，例如点、线、面、体。
渲染
渲染是将几何模型转换为图像的过程，涉及光照、材质、阴影等因素。
动画
计算机图形学可以创建动画，模拟物体的运动、变形和交互。
交互
计算机图形学支持用户与虚拟环境进行交互，例如通过鼠标、键盘、手势等。
计算机图形学的应用领域
游戏开发
计算机图形学是游戏开发的核心技术，用于创建逼真的游戏世界、角色和动画效果。
电影制作
电影制作中，计算机图形学用于创建特效、虚拟场景和角色，为观众带来沉浸式的观影体验。
科学可视化
计算机图形学可以将复杂的数据可视化，帮助科学家和工程师更好地理解和分析数据。
建筑设计
计算机图形学可以用于创建建筑模型，帮助设计师进行设计和规划，并在施工前进行模拟。
2D图形的基本绘制方法
扫描转换
将连续的几何图形表示转换为离散的像素点表示，使用扫描线算法将图形逐行扫描，将图形点映射到屏幕像素点上。
直线绘制
直线绘制算法通过计算直线上的像素点，根据采样频率，确定像素点的位置，绘制出直线段。
圆形绘制
圆形绘制算法通过计算圆弧上的像素点，根据采样频率，确定像素点的位置，绘制出圆形。
多边形填充
多边形填充算法通过填充多边形内部的像素点，根据颜色和纹理信息，渲染出多边形区域。
字符绘制
字符绘制算法通过将字符转换为点阵图形，使用字符库或字形生成器，绘制出字符。
线段绘制算法
DDA算法
DDA算法是一种增量算法，通过计算两个端点的斜率和增量来绘制线段。
Bresenham算法
Bresenham算法使用整数运算，通过判断下一像素点到直线距离的正负来确定绘制点。
中点画线算法
中点画线算法利用直线的斜率和中点距离来确定绘制点，效率更高。
多边形绘制算法
扫描线算法
逐行扫描多边形，确定每行上的可见像素，实现多边形填充。
三角形绘制
三角形是简单多边形，可使用各种高效算法进行绘制。
颜色填充
可使用各种颜色填充算法，如扫描线填充，边界填充等。
颜色模型与颜色混合
颜色模型
RGB、CMYK、HSV、LAB等颜色模型在计算机图形学中被广泛应用，用于描述和表示颜色。
每个颜色模型都有其自身的优点和缺点，适合不同的应用场景，例如RGB适合显示器，CMYK适合印刷。
颜色混合
颜色混合是指将两种或多种颜色混合在一起产生新的颜色。
不同的颜色模型使用不同的混合方法，例如RGB使用加色混合，CMYK使用减色混合。
几何变换基础
旋转变换
旋转变换是图形绕着某一点旋转一定的角度，以改变图形的位置和方向。
平移变换
平移变换是将图形沿着某个方向移动一定的距离，以改变图形的位置。
缩放变换
缩放变换是将图形沿各个方向放大或缩小，以改变图形的大小。
剪切变换
剪切变换是将图形沿某个方向拉伸或压缩，以改变图形的形状。
2D图形变换
1
平移
平移是一种基本变换，它将图形沿着某个方向移动。平移可以通过向量来表示，向量包含了平移的方向和距离。
2
旋转
旋转是一种将图形围绕一个固定点旋转一定角度的变换。旋转可以通过旋转中心和旋转角度来定义。
3
缩放
缩放是指将图形放大或缩小的变换。缩放可以通过缩放因子来表示，缩放因子大于1表示放大，小于1表示缩小。
3D图形的基本概念
三维空间
计算机图形学中，3D图形是指在三维空间中表示和操作的对象。
几何体
常见的3D图形包括点、线、面、体，以及由这些元素组成的复杂几何体。
模型
这些几何体通常被用来构建三维模型，例如建筑、汽车、人物等。
3D坐标系统
1
右手坐标系
在计算机图形学中，通常使用右手坐标系。X轴指向右，Y轴指向上，Z轴指向屏幕外。
2
左手坐标系
另一种常用的坐标系是左手坐标系。X轴指向右，Y轴指向上，Z轴指向屏幕内。
3
齐次坐标
为了方便进行矩阵变换，通常使用齐次坐标来表示三维点，即用四维向量来表示三维点。
4
坐标转换
在不同的坐标系之间进行转换时，可以使用矩阵变换来实现。
3D几何变换
1
平移
改变物体在三维空间中的位置
2
旋转
围绕某个轴线旋转物体
3
缩放
改变物体的大小
4
剪切
沿着某个方向拉伸或压缩物体
3D几何变换是计算机图形学中的一个重要概念，它允许对三维物体进行各种操作，例如移动、旋