計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課件-eighth

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課件-eighth目錄計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述圖形生成與顯示技術(shù)圖形變換與裁剪技術(shù)光照與材質(zhì)處理技術(shù)曲線與曲面造型技術(shù)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)01計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何應(yīng)用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的科學(xué)。從早期的二維圖形繪制到現(xiàn)在的三維圖形渲染，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，成為計(jì)算機(jī)科學(xué)中一門重要的分支學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的定義與發(fā)展發(fā)展歷程定義計(jì)算機(jī)游戲影視特效虛擬現(xiàn)實(shí)工業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域01020304游戲中的場景、角色、特效等都需要用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)。電影、電視劇中的特效制作離不開計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的支持。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需要計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來生成逼真的三維場景。汽車、飛機(jī)、家電等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都需要用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)。計(jì)算機(jī)科學(xué)數(shù)學(xué)物理學(xué)美學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支，與計(jì)算機(jī)科學(xué)的其他領(lǐng)域有著密切的聯(lián)系。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的光照模型、物體表面的反射和折射等都需要用到物理學(xué)知識(shí)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中涉及到大量的數(shù)學(xué)知識(shí)，如線性代數(shù)、微積分、數(shù)值分析等。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)不僅要求生成的圖形逼真，還要求美觀，因此與美學(xué)也有一定的關(guān)系。02圖形生成與顯示技術(shù)利用幾何圖形（如點(diǎn)、線、面等）構(gòu)建三維模型，表示物體的形狀和大小。建模渲染視圖變換將三維模型轉(zhuǎn)換為二維圖像的過程，包括光照計(jì)算、紋理映射等步驟。通過變換矩陣對(duì)三維模型進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等操作，以得到不同視角下的二維圖像。030201圖形生成的基本原理

圖形顯示技術(shù)光柵化將二維圖像轉(zhuǎn)換為像素表示的過程，包括掃描線填充、區(qū)域填充等算法?？逛忼X通過濾波算法減少圖像中鋸齒狀邊緣的技術(shù)，提高圖像質(zhì)量。顏色模型與顏色空間介紹RGB、CMYK等顏色模型，以及sRGB、AdobeRGB等顏色空間的概念和應(yīng)用。03硬件加速技術(shù)介紹硬件加速技術(shù)在圖形渲染中的應(yīng)用，如光追蹤、DLSS等。01GPU加速利用圖形處理器（GPU）進(jìn)行并行計(jì)算，加速圖形渲染過程。02OpenGL與DirectX介紹兩種主流的圖形API，包括它們的功能、使用方法和優(yōu)化技巧。圖形加速技術(shù)03圖形變換與裁剪技術(shù)二維圖形變換將圖形在平面上沿某一方向移動(dòng)一定的距離，不改變圖形的大小和形狀。將圖形繞某一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一定的角度，不改變圖形的大小和形狀。將圖形在某一方向上按比例放大或縮小，改變圖形的大小但不改變形狀。將圖形關(guān)于某一直線或點(diǎn)進(jìn)行對(duì)稱，得到與原圖形對(duì)稱的新圖形。平移變換旋轉(zhuǎn)變換縮放變換對(duì)稱變換將三維物體在空間中沿某一方向移動(dòng)一定的距離，不改變物體的大小和形狀。平移變換將三維物體繞某一軸旋轉(zhuǎn)一定的角度，不改變物體的大小和形狀。旋轉(zhuǎn)變換將三維物體在某一方向上按比例放大或縮小，改變物體的大小但不改變形狀。縮放變換將三維物體關(guān)于某一平面進(jìn)行對(duì)稱，得到與原物體對(duì)稱的新物體。對(duì)稱變換三維圖形變換根據(jù)定義的視口大小，對(duì)超出視口范圍的圖形進(jìn)行裁剪。視口裁剪矩形裁剪多邊形裁剪文字裁剪使用矩形作為裁剪窗口，對(duì)超出矩形范圍的圖形進(jìn)行裁剪。使用多邊形作為裁剪窗口，對(duì)超出多邊形范圍的圖形進(jìn)行裁剪。根據(jù)文字大小和排列方式，對(duì)超出顯示區(qū)域的文字進(jìn)行裁剪。圖形裁剪技術(shù)04光照與材質(zhì)處理技術(shù)光照模型基本概念介紹光照模型的定義、作用以及在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的重要性。簡單光照模型講解簡單光照模型，如Lambert模型、Phong模型等，以及它們的光照計(jì)算方法和實(shí)現(xiàn)原理。復(fù)雜光照模型介紹復(fù)雜光照模型，如Blinn-Phong模型、Cook-Torrance模型等，以及它們的光照計(jì)算方法和實(shí)現(xiàn)原理。同時(shí)，還將討論這些模型在模擬真實(shí)世界光照效果方面的優(yōu)缺點(diǎn)。光照模型與光照計(jì)算講解材質(zhì)的定義、作用以及在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的重要性。同時(shí)，還將介紹常見的材質(zhì)屬性，如顏色、透明度、反射率等。材質(zhì)基本概念介紹材質(zhì)的表示方法，如BRDF、BSSRDF等，以及它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)，還將討論如何根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇合適的材質(zhì)表示方法。材質(zhì)表示方法講解常見的材質(zhì)處理技術(shù)，如紋理映射、過程式紋理生成、基于物理的渲染等。同時(shí)，還將討論這些技術(shù)在實(shí)現(xiàn)真實(shí)感圖形繪制方面的作用和挑戰(zhàn)。材質(zhì)處理技術(shù)材質(zhì)表示與處理紋理映射實(shí)現(xiàn)原理詳細(xì)介紹紋理映射的實(shí)現(xiàn)原理，包括紋理坐標(biāo)的定義、紋理圖像的采樣和重構(gòu)等。同時(shí)，還將討論在實(shí)現(xiàn)過程中可能遇到的挑戰(zhàn)和解決方法。紋理映射基本概念講解紋理映射的定義、作用以及在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的重要性。同時(shí)，還將介紹常見的紋理映射技術(shù)，如二維紋理映射、三維紋理映射等。高級(jí)紋理映射技術(shù)介紹高級(jí)紋理映射技術(shù)，如Mipmapping、各向異性過濾、環(huán)境映射等。同時(shí)，還將討論這些技術(shù)在提高圖形繪制質(zhì)量和效率方面的作用。紋理映射技術(shù)05曲線與曲面造型技術(shù)通過已知的點(diǎn)集，構(gòu)造一條經(jīng)過這些點(diǎn)的曲線。常見的插值法有拉格朗日插值、牛頓插值等。插值法通過調(diào)整曲線的參數(shù)，使得曲線在某種意義下最接近給定的數(shù)據(jù)點(diǎn)集。常見的逼近法有最小二乘法、加權(quán)最小二乘法等。逼近法將曲線表示為參數(shù)的函數(shù)，通過調(diào)整參數(shù)來改變曲線的形狀。常見的參數(shù)化法有Bézier曲線、B樣條曲線等。參數(shù)化法曲線造型技術(shù)通過給定四條邊界曲線及其跨界切矢，構(gòu)造一張插值于這四條邊界曲線的曲面。Coons曲面由控制網(wǎng)格定義的曲面，具有與Bézier曲線類似的性質(zhì)，如凸包性、幾何不變性等。Bézier曲面基于B樣條基函數(shù)的曲面造型技術(shù)，可以表示復(fù)雜的自由曲面，并具有局部性、連續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)。B樣條曲面曲面造型技術(shù)用于計(jì)算兩條曲線或兩個(gè)曲面之間的交點(diǎn)。常見的求交算法有迭代法、分割法等。求交算法用于將曲線或曲面裁剪到指定的區(qū)域內(nèi)。常見的裁剪算法有Cohen-Sutherland算法、Liang-Barsky算法等。裁剪算法將多個(gè)曲線段或曲面片拼接在一起，形成一個(gè)連續(xù)的曲線或曲面。拼接時(shí)需要考慮連續(xù)性、光滑性等問題。曲線與曲面的拼接曲線與曲面的求交與裁剪06計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)視覺暫留原理01人眼在觀察物體時(shí)，當(dāng)物體消失后，其形象在視網(wǎng)膜上會(huì)停留一段時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為視覺暫留。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫利用這一原理，通過快速連續(xù)地顯示靜態(tài)圖像，從而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果。動(dòng)畫幀與時(shí)間02計(jì)算機(jī)動(dòng)畫由一系列靜態(tài)圖像幀組成，每一幀代表動(dòng)畫中的一個(gè)瞬間。幀的播放速度決定了動(dòng)畫的流暢度，通常以每秒幀數(shù)（fps）來衡量。關(guān)鍵幀與中間幀03關(guān)鍵幀是動(dòng)畫中定義物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要幀，而中間幀則是由計(jì)算機(jī)根據(jù)關(guān)鍵幀自動(dòng)生成，用于平滑過渡動(dòng)畫效果。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的基本原理123通過建立物體的物理模型，模擬物體在現(xiàn)實(shí)世界中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如重力、碰撞、摩擦等，從而生成逼真的動(dòng)畫效果。基于物理模型的動(dòng)畫通過捕捉真實(shí)物體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，將其應(yīng)用于計(jì)算機(jī)生成的模型上，從而實(shí)現(xiàn)高度真實(shí)的動(dòng)畫效果?；谶\(yùn)動(dòng)捕捉的動(dòng)畫在關(guān)鍵幀之間使用插值算法生成中間幀，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的平滑過渡。常見的插值算法有線性插值、樣條插值等。基于關(guān)鍵幀插值的動(dòng)畫計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的生成方法計(jì)算機(jī)動(dòng)畫廣泛應(yīng)用于電影、電視劇等影視作品中，用于創(chuàng)造特效、場景模擬等。影視特效游戲中的角色、場景、道具等大量使用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技