《圖形圖像顯》課件

圖形圖像顯這個(gè)PPT課件將介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理的基本原理和方法。從基本的2D和3D圖形繪制,到圖像的數(shù)字化處理,會(huì)全面探討計(jì)算機(jī)圖形圖像的顯示技術(shù)。概述什么是圖形和圖像?圖形和圖像是使用數(shù)字方式表達(dá)的視覺元素,包括線條、形狀、色彩等,廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。了解它們的特點(diǎn)和分類有助于更好地應(yīng)用和創(chuàng)造。圖形圖像處理流程圖形圖像處理包括獲取、編碼、存儲(chǔ)、渲染等步驟。掌握各個(gè)環(huán)節(jié)的基本算法和技術(shù)是有效使用圖形圖像的關(guān)鍵。廣泛應(yīng)用領(lǐng)域圖形圖像廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等各種領(lǐng)域,是當(dāng)代信息技術(shù)的重要組成部分。什么是圖形與圖像?圖形和圖像是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的兩個(gè)基本概念。圖形指的是使用幾何圖元如點(diǎn)、線、曲線、多邊形等繪制的二維或三維的幾何構(gòu)造。圖像則是通過采集光學(xué)信息而形成的二維數(shù)字陣列。圖形通常表示抽象的信息,而圖像則通常表示現(xiàn)實(shí)世界的視覺表現(xiàn)。兩者在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中往往結(jié)合使用,共同實(shí)現(xiàn)各種視覺效果。圖形與圖像的特點(diǎn)豐富表現(xiàn)力圖形和圖像可以生動(dòng)形象地表達(dá)各種概念、信息和情感,大大增強(qiáng)內(nèi)容的吸引力和感染力。直觀交流視覺圖像可以在瞬間傳達(dá)大量信息,比文字更直觀高效地與觀眾進(jìn)行交流。靈活多樣圖形圖像可以采用各種樣式和形式,從而更好地滿足不同場景和需求。信息綜合將文字、圖形和圖像有機(jī)結(jié)合可以創(chuàng)造出更加豐富、立體的信息表達(dá)。圖形與圖像的分類幾何圖形包括點(diǎn)、線、面等基本幾何圖元,可用數(shù)學(xué)公式精確描述。位圖圖像由像素陣列構(gòu)成,采用數(shù)字編碼描述圖像細(xì)節(jié)和顏色信息。矢量圖形由幾何形狀、顏色和輪廓線條構(gòu)成,可無限放大而不失真?；旌蠄D像結(jié)合了幾何圖形和位圖圖像,并可能包含三維信息。二維圖形的基本幾何圖元點(diǎn)圖形和圖像的最基本單元,沒有長度和寬度,只有位置坐標(biāo)?？捎脕砻枋鎏囟ㄎ恢没驑?biāo)記特征。直線兩個(gè)點(diǎn)之間的連線,具有長度和方向,可用來描述物體的邊界或輪廓。圓和橢圓封閉的曲線圖形,通過不同的半徑和長短軸比例可形成各種形狀。廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)和建模。多邊形由多個(gè)直線連接形成的封閉圖形,可用來描述不規(guī)則的邊界或輪廓?；編缀螆D元的繪制算法直線繪制使用布雷森漢姆算法,通過計(jì)算像素點(diǎn)坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)線段的繪制。圓繪制利用圓的對(duì)稱性,通過計(jì)算點(diǎn)坐標(biāo)的增量來高效繪制圓形。橢圓繪制將橢圓分成四個(gè)部分,分別計(jì)算每個(gè)部分的坐標(biāo)增量來繪制。多邊形繪制通過連接多個(gè)線段來構(gòu)造任意形狀的多邊形,并填充內(nèi)部區(qū)域。直線繪制算法1端點(diǎn)確定確定直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)2斜率計(jì)算根據(jù)兩端點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算直線斜率3像素填充通過增量法依次填充中間像素4像素修正校正因舍入產(chǎn)生的誤差直線繪制算法是圖形學(xué)中一種基礎(chǔ)的算法,用于將給定的兩個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)連成一條直線。算法首先確定直線兩端點(diǎn),計(jì)算斜率,然后使用增量法逐個(gè)填充中間像素。最后還需要對(duì)因舍入產(chǎn)生的誤差進(jìn)行修正。這些步驟保證了直線繪制的準(zhǔn)確性和效率。圓繪制算法1參數(shù)方程使用三角函數(shù)計(jì)算圓上每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。2直接算法直接計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)是否在圓內(nèi)。3Bresenham算法根據(jù)增量關(guān)系高效繪制圓。圓繪制算法是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中常用的一種基本算法。從參數(shù)方程到Bresenham算法,算法的復(fù)雜度和效率都在不斷提高,滿足了從簡單到復(fù)雜不同場景的需求。橢圓繪制算法1中點(diǎn)算法中點(diǎn)算法是一種高效的繪制橢圓的方法,它通過計(jì)算橢圓上每個(gè)點(diǎn)的中點(diǎn)來生成平滑的橢圓輪廓。2Bresenham算法Bresenham算法是一種使用整數(shù)坐標(biāo)的高效橢圓繪制算法,它能減少浮點(diǎn)運(yùn)算從而提高性能。3橢圓方程法該方法直接利用橢圓的數(shù)學(xué)方程來計(jì)算每個(gè)像素的坐標(biāo),但需要更多的計(jì)算開銷。多邊形繪制算法定義頂點(diǎn)坐標(biāo)首先需要確定多邊形各個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)位置。這可以由用戶手動(dòng)輸入或從幾何圖形中自動(dòng)提取。連接頂點(diǎn)將多個(gè)頂點(diǎn)通過直線段連接起來,形成封閉的多邊形圖形。需要注意頂點(diǎn)的連接順序。填充內(nèi)部區(qū)域使用算法填充多邊形內(nèi)部區(qū)域,生成連續(xù)的顏色區(qū)域。常見的算法包括掃描線填充和種子填充。應(yīng)用紋理和渲染可以在多邊形表面應(yīng)用紋理貼圖,并使用光照渲染算法生成更逼真的效果。顏色模型顏色模型簡介顏色模型是描述顏色的數(shù)學(xué)模型,用于在計(jì)算機(jī)中表示和處理顏色數(shù)據(jù)。主要包括RGB、CMY和HSV三種常見的顏色模型。RGB顏色模型RGB顏色模型通過紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)三原色的組合產(chǎn)生各種顏色,被廣泛應(yīng)用于電子顯示設(shè)備。CMY顏色模型CMY顏色模型通過青(C)、品紅(M)、黃(Y)三原色的組合產(chǎn)生各種顏色,主要應(yīng)用于打印設(shè)備。HSV顏色模型HSV顏色模型基于人類對(duì)顏色的感知方式,通過色調(diào)(H)、飽和度(S)和明度(V)三維空間表示顏色。RGB顏色模型紅色(R)紅色通道決定了顏色的暖色調(diào)，是最強(qiáng)烈的原色之一。綠色(G)綠色通道主要負(fù)責(zé)顏色的自然感和活力感，是三原色之一。藍(lán)色(B)藍(lán)色通道則賦予顏色冷色調(diào)和深沉感，也是基本三原色之一。CMY顏色模型CMY顏色模型CMY顏色模型是一種減色模型,通過混合青色(Cyan)、品紅(Magenta)和黃色(Yellow)三種顏色來產(chǎn)生其他顏色。它通常用于打印和照相設(shè)備。減色混合在CMY顏色模型中,顏色的混合是通過減色原理進(jìn)行的。三原色的混合可以產(chǎn)生黑色,因此需要加入黑色(K)來獲得更豐富的色彩。CMYK顏色模型CMYK模型在CMY的基礎(chǔ)上添加了黑色(Key)通道,可以產(chǎn)生更廣泛的色域和更好的圖像質(zhì)量,廣泛應(yīng)用于印刷行業(yè)。HSV顏色模型色相(Hue)色相表示顏色的基本屬性,如紅、綠、藍(lán)等,是色彩的純度和品質(zhì)。飽和度(Saturation)飽和度表示顏色的純度,從0到100%不等,決定顏色的濃淡程度。明度(Value)明度描述顏色的明暗程度,從0(黑色)到100%(白色)不等,決定顏色的明暗。圖像的表示1位圖圖像以像素為基本單位,每個(gè)像素都有自己的顏色值。廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、掃描儀等設(shè)備。2矢量圖像以幾何圖形為基本單位,由線條、曲線、多邊形等構(gòu)成。易于縮放,常用于設(shè)計(jì)類應(yīng)用。3混合圖像融合了位圖和矢量圖像的優(yōu)勢,既能保留細(xì)節(jié),又可任意縮放。適用于多種媒體制作。位圖圖像像素?cái)?shù)組位圖圖像由一個(gè)二維像素?cái)?shù)組組成,每個(gè)像素包含顏色信息。色彩深度位圖圖像的色彩深度決定每個(gè)像素可以表示的顏色數(shù)量。圖像質(zhì)量位圖圖像的質(zhì)量取決于分辨率和色彩深度,分辨率越高,質(zhì)量越好。文件格式常見的位圖圖像文件格式有BMP、JPEG、PNG等。矢量圖像基于數(shù)學(xué)公式描述矢量圖像通過數(shù)學(xué)公式來描述圖形,使其可以無限放大而不會(huì)失真。這種圖像格式適合用于logo、插圖和技術(shù)性圖表等場景。專業(yè)編輯軟件常見的矢量圖像編輯軟件包括Illustrator、CorelDraw和Inkscape等。通過這些軟件,設(shè)計(jì)師可以自由編輯和創(chuàng)作矢量圖像。廣泛應(yīng)用場景矢量圖像可以應(yīng)用于廣告、印刷品、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、動(dòng)畫制作等多個(gè)領(lǐng)域,為創(chuàng)意提供更大的自由度?；旌蠄D像融合圖像元素混合圖像結(jié)合了矢量圖形和位圖圖像的特點(diǎn),能夠更好地展現(xiàn)圖像的細(xì)節(jié)和質(zhì)量。靈活編輯混合圖像支持對(duì)各個(gè)圖像元素進(jìn)行單獨(dú)編輯,提高了創(chuàng)的控制力。多種文件格式混合圖像常采用SVG、PDF等支持矢量圖形和位圖的文件格式。圖像處理的基本操作幾何變換通過縮放、旋轉(zhuǎn)、平移等幾何操作調(diào)整圖像的大小和方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的基本處理。色彩變換調(diào)整圖像的亮度、對(duì)比度、色彩飽和度等，增強(qiáng)圖像的視覺效果。濾波處理使用各種濾波算法去除圖像中的噪點(diǎn)和雜波,提高圖像的清晰度。圖像壓縮運(yùn)用無損或有損壓縮技術(shù),減小圖像文件大小,便于存儲(chǔ)和傳輸。幾何變換1平移變換平移變換是最基本的幾何變換之一,通過改變圖形在坐標(biāo)平面上的位置,實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形的平移。2縮放變換縮放變換可以對(duì)圖形進(jìn)行放大或縮小,從而改變圖形的大小。通過調(diào)整縮放比例可以實(shí)現(xiàn)不同的效果。3旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)變換可以讓圖形繞固定的中心點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn),改變圖形在坐標(biāo)平面上的角度。色彩變換1灰度化將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像,只保留亮度信息。2色調(diào)調(diào)整改變圖像整體的色調(diào),如變暖、變冷等。3飽和度調(diào)整增加或減少顏色的飽和度,使圖像更鮮艷或更淡雅。色彩變換是圖像處理中的重要操作,可以通過改變圖像的灰度值、色調(diào)和飽和度等,實(shí)現(xiàn)不同的視覺效果。這些基本的色彩變換為創(chuàng)造出富有特色的圖像提供了強(qiáng)有力的工具。濾波處理1降噪去除圖像中的噪聲干擾2平滑減少圖像中的細(xì)節(jié)和銳利度3銳化增強(qiáng)圖像的輪廓和邊緣4增強(qiáng)調(diào)整圖像的對(duì)比度和亮度濾波處理是圖像處理中一種重要的基本操作,通過不同的濾波算法,可以實(shí)現(xiàn)圖像的降噪、平滑、銳化和增強(qiáng)等效果,從而提高圖像的質(zhì)量和可用性。濾波處理是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程,需要根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇適當(dāng)?shù)臑V波方法。圖像壓縮圖像數(shù)據(jù)量大數(shù)字圖像由大量的像素組成,每個(gè)像素包含豐富的顏色信息,因此原始圖像的數(shù)據(jù)量通常很大。減小數(shù)據(jù)體積為了降低存儲(chǔ)和傳輸?shù)某杀?需要采取壓縮技術(shù)來減小圖像的數(shù)據(jù)體積,而不影響圖像質(zhì)量。無損壓縮與有損壓縮無損壓縮保留了所有圖像信息,有損壓縮則會(huì)丟失一些細(xì)節(jié)信息來換取更高的壓縮率。廣泛應(yīng)用圖像壓縮廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字圖像系統(tǒng),如網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)字存儲(chǔ)、視頻流媒體等。圖像壓縮算法1無損壓縮無損壓縮算法可以在不損失圖像質(zhì)量的情況下減小文件大小,如Huffman編碼和LZW算法。2有損壓縮有損壓縮算法通過舍棄一些細(xì)節(jié)來進(jìn)一步減小文件大小,如JPEG和MPEG算法。3混合壓縮結(jié)合無損和有損壓縮,先用無損壓縮,再用有損壓縮,可以在保留圖像質(zhì)量的同時(shí)大幅減小文件大小。4壓縮性能對(duì)比不同算法在壓縮比、壓縮速度和圖像質(zhì)量保留方面各有優(yōu)缺點(diǎn),需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的壓縮算法。無損壓縮算法保持原始圖像質(zhì)量無損壓縮算法可以在不損失圖像細(xì)節(jié)和質(zhì)量的情況下對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。這種算法適用于需要保持高圖像質(zhì)量的場合。壓縮比較小無損壓縮算法的壓縮率相對(duì)較低,一般只能將文件大小縮小到原來的一半左右,適用于對(duì)文件大小要求不太高的場合。常見算法常見的無損壓縮算法包括Huffman編碼、算術(shù)編碼、LZW壓縮等,都能夠在不損失圖像質(zhì)量的情況下減小文件大小。有損壓縮算法定義有損壓縮算法通過丟棄一些不重要的信息來減小文件大小。這種方法可以實(shí)現(xiàn)更高的壓縮比,但會(huì)造成圖像質(zhì)量的損失。特點(diǎn)有損壓縮算法可以大幅減小文件大小,但會(huì)導(dǎo)致圖像失真。應(yīng)用場景包括視頻、音頻等需要更小文件的場合。常見算法JPEG、MPEG等都是常見的有損壓縮算法,通過舍棄一些高頻信息來實(shí)現(xiàn)更高的壓縮比。壓縮質(zhì)量調(diào)整有損壓縮算法通常提供壓縮質(zhì)量參數(shù),可以在清晰度和文件大小之間進(jìn)行權(quán)衡調(diào)整。圖形圖像渲染光柵圖像渲染基于像素的圖像渲染方式,通過逐個(gè)像素進(jìn)行顏色填充和混合實(shí)現(xiàn)圖像顯示。矢量圖像渲染基于幾何圖元的圖像渲染方式,通過描述圖形的幾何屬性來實(shí)現(xiàn)圖像顯示。顏色模型選擇合適的顏色模型,如RGB、CMYK或HSV,可以有效地描述和處理圖形圖像。光柵圖像渲染1逐像素繪制一個(gè)個(gè)像素點(diǎn)集合而成2圖元填充利用顏色和陰影填充圖形3光照效果計(jì)算光線效果增加真實(shí)感4抗鋸齒算法消除邊緣鋸齒狀光柵圖像渲染是指將矢量圖形或圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為顯示設(shè)備可直接顯示的像素陣列的過程。主要包括逐像素繪制、圖元填充、光照效果計(jì)算以及抗鋸齒算法等步驟,最終生成高質(zhì)量的光柵圖像。