计算机图形学全部知识点.docx
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计算机图形学全部知识点
第一讲
1.计算机图形学的研究内容什么是计算机图形学?
(1/2)什么是计算机图形学?
(2/2)什么是交互式计算机图形学?
(1/3)什么是交互式计算机图形学?
(2/3)什么是交互式计算机图形学?
(3/3)基本概念——图形图形表示方法相关学科图像处理图像分析
2.图形学发展历史计算机图形学的发展历史现代计算机图形学的发展硬件的对比现代计算机图形学的发展模型与渲染交互式图形学的概念框架图形库
3.图形学应用领域图形学的应用设计信息显示仿真VirtualReality用户界面超媒体用户界面
4.相关知识软件兼容性和图形标准官方标准APIs的嵌入标准典型的图形系统好的图形需要什么?
(1/2)好的图形需要什么?
(2/2)
ACMSIGGRAP会议
资料查询作业
第二讲数字图像基础
1.基础概念计算机图形系统例子:
一个简单程序(P23code)图形系统的概念框架
图形处理器
Renderfarms
光栅&像素
像素(Pixel)着色
顶点
顶点(Vertex)着色
扫描线刷新频率分辨率例子
纵横比
2.图形输入设备
输入设备3D输入设备图形输入设备
3.图形输出设备图形输出设备硬拷贝设备
3D图形设备
CRT显示器彩色CRTs
局限性
液晶显示器(LiquidCrystalDisplays)LCDs
光栅显示光栅显示器内存映射显存(帧缓冲存储器)显存大小的计算
Avatar弓I发的3D浪潮(前沿)
三维电视问题提出
3D显示技术原理
技术手段?
立体显示技术分类
问题?
MIT“第六感”涉及的技术
4.图形文件图形文件
点阵图形及其表示参数图形及其表示作业
第三讲(第四章)扫描转换
3.1扫描转换直线直线的扫描转换寻找下一个像素
数字微分法(DDAP35
DDA算法
DDA算法实例
DDA算法Bresenham画线算法
竖直距离
Bresenham画线算法
Bresenham算法实例Bresenham画线算法
3.2圆的扫描转换圆的扫描转换
圆的扫描转换(正负法)
圆的扫描转换(中点法)
圆的扫描转换
中点画圆实例圆的扫描转换
圆的扫描转换(Bresenham算法)3.3椭圆的扫描转换
椭圆的扫描转换作业
第四讲(第四章)
1.基本概念
光栅图形的基本概念
多边形的顶点表示
多边形的点阵表示
多边形的扫描转换
2.区域填充
•四连通区域和八连通区域
•连通区域的种子填充算法
点阵表示的区域填充
区域的类型
内部表示区域种子填充算法
边界表示区域种子填充算法
边界表示种子填充算法演示
3.多边形的扫描转换
•逐点判断算法
•扫描线算法
•连贯性概念:
区域、扫描线、边
•奇异点的处理
•算法的数据结构与实现
逐点判断算法
逐点判断算法中的奇异情况
逐点判断算法的不足
相邻像素之间的连贯性区域连贯性扫描线连贯性边的连贯性奇异点奇异点的分类奇异点的处理多边形扫描转换算法边的数据结构边的数据结构实例分类的边表(ET)分类的边表实例活性边表(AEL)活性边表实例多边形扫描转换算法多边形扫描转换实例多边形扫描转换矩形填充
4.多边形的扫描转换与区域填充的比较多边形扫描转换与区域填充比较
5.字符的扫描转换字符的扫描转换位图字体
BitBIt/RasterOp(1/3)BitBIt/RasterOp(2/3)BitBlt/RasterOp(3/3)轮廓字体
6.反走样走样走样现象举例采样和重构点的采样反走样
提高分辨率区域取样像素移位
GeForce3-MultisamplingATISmoothvision
作业
第五讲三维基础
1.物体的几何表示•线框模型
物体的几何表示
线框模型
2.面模型
•多边形表示
面模型
物体的多边形表示实例
物体的多边形表示
多边形表示物体的主要来源扫描重建与等值面多边形物体多边形表示物体的主要来源多边形表示方法:
OBJ格式多边形表示的OBJ格式数据结构三角形网格
三角形网格表示的数据结构
半边结构(Half-EdgeStructure)
半边结构的实例
关于半边结构
多边形表示的优势
多边形表示的不足
面模型
多边形表示的大规模场景:
草地
多边形表示的复杂物体:
油轮
大规模网格模型:
雕塑
3.体模型
•实体CSG表示
•实体建模技术
物体的CSG树表示
CSG树表示的实例
物体CSG树表示的分析
实体模型
实体建模技术
体素造型
布尔运算
Sweep操作
面操作
基于模型特征
参数建模
4.自然景物表示方法(分形理论)自然景物表示方法
分形举例:
Koch雪花曲线
海岸线问题
分形
基于分形方法生成山
基于分形方法生成山:
一维实例
基于分形方法生成山
基于分形方法生成山的实例
L-系统:
植物建模
L-系统实例
L-系统实例的图示
基于L-系统的植物建模实例
L-系统:
植物建模基于L-系统生成的花与树木粒子系统
粒子系统一般性描述
基于粒子系统的火焰与瀑布自然景物造型
在计算机中生成的复杂场景第六讲几何与坐标变换图形变换
1.二维变换
•基本变换(平移、旋转、缩放)
•齐次坐标表示
•其它变换(剪切、反射、复合)理解2D图形变换顶点(Vertex)平移(Translation)旋转(Rotation,关于原点)缩放(Scale,关于原点)T,R,S的组合变换齐次坐标(P78)二维平移二维旋转二维放缩
剪切变换(Shear)对称(反射)变换复合变换实例P102
三维模型变换:
平移三维模型变换:
放缩三维模型变换:
旋转三维模型变换x方向上3D错切变换课堂练习
2.三维变换
•场景坐标系和造型变换(基本变换)
•视点坐标系和取景变换
•投影坐标系和投影变换
•屏幕坐标系和设备变换三维变换的基本概念三维变换流程图三维变换中的各种坐标系场景坐标系和模型变换三维模型变换:
平移三维模型变换:
放缩三维模型变换:
旋转
三维模型变换
x方向上3D错切变换视点坐标系和取景变换视点坐标系的交互建立投影坐标系和投影变换投影变换的基本概念投影分类平行投影正平行投影斜投影透视投影关于透视投影点的透视变换(P77)透视变换变换矩阵的统一表示例题
视域四棱锥裁剪规格化设备坐标和设备变换屏幕坐标系和视窗变换
第七讲颜色与着色模型
1.光和颜色颜色
色彩视觉常见的颜色模型
CIEXYZ颜色模型
CIE色度图
色度图中纯色波长
CIE颜色空间
CIE颜色空间例题
CIE颜色模型的特点
CIELab颜色模型
CIELab颜色模型的特点
Photoshop中的CIELab
RGB颜色模型
RGB颜色模型的特点
CMY颜色模型
RGB莫型和CMY模型转换关系
HSV颜色模型
HSV颜色模型的特点
NTSCYIQ颜色模型
YIQ颜色模型
2.光照明模型光照明模型泛光模型
Lambert漫反射模型
Phong模型
Whitted模型光照明模型的进一步完善
3.
Shading)
插值着色法多边形物体的明暗处理(
FlatShading
FlatShading
GouraudShading
PhongShading课堂练习第八讲裁剪算法
1.直线裁剪
•直接求交算法
•Cohen-Sutherland编码算法
•梁友栋-Barsky算法
图形裁剪
点的裁剪
直线的裁剪
直接求交算法
编码算法(P132)
Cohen_Sutherland算法
端点分类
Cohen_Sutherland算法
C_S算法例题
3DC_S算法
Cohen_Sutherland算法
Liang-Barsky裁剪算法(P135)
Liang-Barsky裁剪算法例题
Liang-Barsky裁剪算法
2.多边形裁剪
•Sutherland_Hodgman算法(逐边裁剪算法)
•Weiler_Atherton算法*(双边裁剪算法)多边形剪裁
Sutherland-Hodgman算法
Weiler-Athenton算法*
3.字符的裁剪
字符裁剪
课堂练习
作业
第九讲人机交互
1.用户界面(接口)概述用户界面的重要性
几个问题实例1实例2
UI的重要性人机交互
UI的发展
UI的三元素
2.逻辑设备与输入控制方式逻辑设备与输入控制方式逻辑设备
输入方式请求方式事件方式事件类型
Callbacks
GLUTcallbacks
GLUTEventLoopdisplaycallback
3.交互式图形设计方法基本交互技术
基本交互技术一一定位基本交互技术一一笔划基本交互技术一一定值基本交互技术——选择基本交互技术一一字符串输入图形交互技术几何约束
引力场拖动橡皮筋技术操作柄技术拾取技术其他的交互技术
4.UI设计
用户界面设计
案例:
MacintoshOS的UI设计
UI评估及方法界面评估清单界面评估
5.UI发展趋势UI的发展趋势
WIMP的优势
WIMP的劣势
WIMPGUI的局限性后-WIMP接口后-WIMP特征
后-WIMP世界
WIMPGUI
从HCI到HHI(Human-HumanInteraction)
第十讲曲线与曲面
一、曲线与曲面的表示方法
•显示表示法
•隐式表示
•参数形式
•特点分析
什么是好的表示方法?
显示表示隐式表示参数曲线参数直线参数曲面参数平面法向量参数表示方法的优点曲线曲面拟合方法插值vs.逼近曲线段参数连续性参数连续性&几何连续性
二、常用曲线与曲面
•曲线曲面类型
•Hermite
•Bezier
•B-spline
•性能分析
三次Hermite曲线
三次Hermite曲线基函数基函数的作用
三次Hermite曲线的形状控制
三次Hermite曲线
例子
Bezier
Bezier
Bezier
曲线
曲线的应用
曲线
三次Bezier曲线
三次Bezier曲线基函数
Bernstein基函数
Bezier曲线性质(P183-184)
Bezier曲线分析
Bezier曲面
双三次Bezier曲面
双三次Bezier曲面实例
Bezier曲面性质
Bezier曲面的不足
B-样条(B-Splines)
B-样条曲线三次B-样条曲线三次B-样条曲线基函数
B-样条曲线的定义
B-样条基函数实例
B-样条曲线性质
B-样条曲面
B-样条曲面的重要性质
B-样条曲面实例
B-样条曲线曲面分析
NURBS
引入NURBSft线的原因
NURBS曲线
NURBS曲线的权因子
NURBS曲线的例子
NURBS曲线表示圆
NURBS曲面
NURBS曲面表示球面
三、曲线曲面的绘制
•绘制曲线的主要方法
•直线近似
•前向差分
•Bezier曲线与曲面的递归细分方法
•其它多项式曲线如何转换成Bezier多项式?
deCasteljau递推算法
二次Bezier曲线实现过程三次Bezier曲线实现过程四次Bezier曲线实现过程
四、OpenGL中的曲线与曲面
•OpenGL求值器
•如何绘制曲线与曲面
•讨论OpenGL二次曲线
•GLUT二次曲线
•GLU二次曲线OpenGL支持什么?
一维求值器
设置一个求值器例子计算例子
Bezier曲面
例子
UtahTeapot用线(line)绘制
用四边形绘制均匀网格
带光照的绘制
二次曲面
GLUT对象(P121)
GLUT理想实体(P121)
GLU中的二次曲面对象定义一个圆柱体
第十一计算机动画
计算机动画
例1:
物体静止,摄像机在运动例2:
摄像机静止,物体运动动画形成的视觉原理计算机动画的主要两个类别
计算机动画技术
1.关键帧技术
关键帧技术例子
线性插值
顶点线性插值
线性插值的问题
2.样条驱动技术
样条曲线插值
样条驱动技术
例子
样条驱动动画技术
按参数采样与按弧长采样的对比
例子
常用的曲线类型
Hermite曲线
Bezier曲线
Catmull-Rom曲线
B-Spline/NURBS曲线变形动画技术(Morphing)
Morphing
空间变形
二维多边形形状渐变
二维图像morphing技术
实现Morphing的传统技术
图像morphing的过程
三维morphing技术
动画演示
简单的三维Morphing
应用实例
4.过程动画技术
例子
动画演示
粒子系统
应用例子
泡沫、溅起的水花采用粒子系统生成
动画演示
生成粒子系统某瞬间画面的基本步骤
5.关节动画
例子
可以用于关节动物
也可以用于无生命的物体以创建拟人效果
6.正运动学方法
逆运动学方法
逆运动学的求解
动力学方法
7.运动捕获和运动重现
应用实例
运动捕获的三种技术
运动重现(MotionRetargeting)
把运动曲线应用于一个新的角色
动画演示
演员和虚拟角色的一致性
运动模糊
应用例子
动画演示
第十二图形软件支撑平台
1.常用图形支撑软件简介常用图形支撑软件简介
OpenGL简介
DirectX简介
DirectX结构
基于场景图的图形开发工具面向VR应用的图形开发工具
2.网络图形开发
VRML/X3□简介
Java3D简介
3.计算机动画软件二维动画软件
Flash动画
例子
Flash动画制作软件MacromediaFlash
三维动画软件
Maya
3DSMax
SoftimageFX
Lightwave3D
Blender(开源动画软件)
RenderMan
动画的后期处理
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