計(jì)算機(jī)圖形學(xué)全部知識(shí)點(diǎn)

1、文檔編碼 : CA5O10E7S2B9 HY2N3G5C1T9 ZZ6P4G8X8G7第一講 1. 運(yùn)算機(jī)圖形學(xué)的爭(zhēng)論內(nèi)容什么是運(yùn)算機(jī)圖形學(xué) . 1/2 什么是運(yùn)算機(jī)圖形學(xué) . 2/2 什么是交互式運(yùn)算機(jī)圖形學(xué) . 1/3 什么是交互式運(yùn)算機(jī)圖形學(xué) . 2/3 什么是交互式運(yùn)算機(jī)圖形學(xué) . 3/3 基本概念圖形圖形表示方法相關(guān)學(xué)科圖像處理圖像分析 2. 圖形學(xué)進(jìn)展歷史運(yùn)算機(jī)圖形學(xué)的進(jìn)展歷史現(xiàn)代運(yùn)算機(jī)圖形學(xué)的進(jìn)展硬件的對(duì)比現(xiàn)代運(yùn)算機(jī)圖形學(xué)的進(jìn)展模型與渲染交互式圖形學(xué)的概念框架圖形庫(kù) 3. 圖形學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域圖形學(xué)的應(yīng)用設(shè)計(jì)信息顯示仿真Virtual Reality 用戶(hù)界面超媒 體用戶(hù)界面4. 相關(guān)

2、學(xué)問(wèn)軟件兼容性和圖形標(biāo)準(zhǔn)官方標(biāo)準(zhǔn) APIs 的嵌入標(biāo)準(zhǔn)典型的圖形系統(tǒng)好的圖形需要什么 . （1/2 ）好的圖形需要什么. 2/2 ACM SIGGRAPH會(huì)議資料查詢(xún)作業(yè)其次講數(shù)字圖像基礎(chǔ) 1. 基礎(chǔ)概念 運(yùn)算機(jī)圖形系統(tǒng)例子：一個(gè)簡(jiǎn)潔程序（P23 code ）圖形系統(tǒng)的概念框架 圖形處理器 Render farms 光柵&像素 像素（Pixel ）著色第 1 頁(yè),共 13 頁(yè)頂點(diǎn) 頂點(diǎn)（Vertex ）著色 掃描線(xiàn) 刷新頻率 辨論率 例子縱 橫比 2. 圖形輸入設(shè)備 輸入設(shè)備 3D 輸入設(shè)備圖 形輸入設(shè)備3. 圖形輸出設(shè)備 圖形輸出設(shè)備 硬拷貝設(shè)備 3D 圖形設(shè)備 CRT 顯示器彩 色CRTs

3、 局限 性 液晶顯示器Liquid Crystal Displays LCDs 光柵顯示 光柵顯示器 內(nèi)存映射顯存（幀緩沖儲(chǔ)備器）顯存大小的運(yùn)算 Avatar 引發(fā)的3D 浪潮（前 沿 三維電視 問(wèn)題提出 3D 顯示技術(shù)原理 技術(shù)手段？立體 顯示技術(shù)分類(lèi)問(wèn) 題？MIT “第六感” 涉 及的技術(shù) 4. 圖形文件 圖形文件點(diǎn)陣圖 形及其表示參數(shù) 圖形及其表示作業(yè)第三講 第四章 掃描轉(zhuǎn)換 3.1 掃描轉(zhuǎn)換直線(xiàn)直線(xiàn) 的掃描轉(zhuǎn)換查找下一個(gè)像 素?cái)?shù)字微分法（DDA）P35 DDA 算法第 2 頁(yè),共 13 頁(yè)DDA 算法實(shí)例 DDA 算法 Bresenham 畫(huà)線(xiàn)算法 豎直距離 Bresenham 畫(huà)線(xiàn)算

4、法 Bresenham 算法實(shí)例 Bresenham 畫(huà)線(xiàn)算法 3.2 圓的掃描轉(zhuǎn)換 圓的掃描轉(zhuǎn)換圓的掃描轉(zhuǎn)換（正負(fù)法）圓的掃描轉(zhuǎn)換（中點(diǎn)法）圓的掃描轉(zhuǎn)換中點(diǎn)畫(huà)圓 實(shí)例圓的掃描轉(zhuǎn)換圓的掃描轉(zhuǎn)換（Bresenham 算法）3.3 橢圓的掃描轉(zhuǎn)換 橢圓的掃描轉(zhuǎn)換 作業(yè)第四講 第四章 1. 基本概念光柵圖 形的基本概念多邊 形的頂點(diǎn)表示多邊 形的點(diǎn)陣表示多邊 形的掃描轉(zhuǎn)換2. 區(qū) 域填充四連通區(qū)域和八連通區(qū)域連通區(qū)域的種子填充算法 點(diǎn)陣表示的區(qū)域填充區(qū)域 的類(lèi)型內(nèi)部表示區(qū)域種子 填充算法邊界表示區(qū)域種 子填充算法邊界表示種子 填充算法演示3. 多邊形的 掃描轉(zhuǎn)換逐點(diǎn)判定算法掃描線(xiàn)算法連貫性概念：區(qū)域

5、,掃描線(xiàn),邊神奇點(diǎn)的處理算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn) 逐點(diǎn)判定算法逐點(diǎn)判定算 法中的神奇情形逐點(diǎn)判定 算法的不足相鄰像素之間 的連貫性區(qū)域連貫性?huà)呙杈€(xiàn)連貫性邊的連貫性 神奇點(diǎn)第 3 頁(yè),共 13 頁(yè)神奇點(diǎn)的分類(lèi) 神奇點(diǎn)的處理多邊 形掃描轉(zhuǎn)換算法邊 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)邊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)例 分類(lèi)的邊表ET 分類(lèi)的邊表實(shí)例 活性邊表AEL活 性邊表實(shí)例多邊形 掃描轉(zhuǎn)換算法多邊 形掃描轉(zhuǎn)換實(shí)例多 邊形掃描轉(zhuǎn)換矩形 填充 4. 多邊形的掃描轉(zhuǎn)換與區(qū)域填充的比較 多邊形掃描轉(zhuǎn)換與區(qū)域填充比較 5. 字符的掃描轉(zhuǎn)換 字符的掃描轉(zhuǎn)換位 圖字體 BitBlt/RasterOp 1/3 BitBlt/RasterOp 2/3 Bit

6、Blt/RasterOp 3/3 輪廓字體 6. 反走樣 走樣走樣現(xiàn) 象舉例采樣 和重構(gòu)點(diǎn)的 采樣反走樣 提高辨論率 區(qū)域取樣像 素移位 GeForce3 - Multisampling ATI Smoothvision 作業(yè)第五講三維基礎(chǔ) 1. 物體的幾何表示線(xiàn)框模型物體 的幾何表示線(xiàn) 框模型 2. 面模型多邊形表示 面模型物體的多邊形表示實(shí)例 物體的多邊形表示多邊形表示物體的主要來(lái)源 掃描重建與等值面多邊形物體第 4 頁(yè),共 13 頁(yè)多邊形表示物體的主要來(lái)源多邊形表示方法：OBJ 格 多邊形表示的 OBJ 格式數(shù)據(jù)結(jié) 式三角形網(wǎng)格 構(gòu)三角形網(wǎng)格表示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 半邊結(jié)構(gòu)Half-Edge S

7、tructure 半邊結(jié)構(gòu)的實(shí)例 關(guān)于半邊結(jié)構(gòu)多 邊形表示的優(yōu)勢(shì) 多邊形表示的不足 面模型多邊形表示的大規(guī)模場(chǎng)景：草地 多邊形表示的復(fù)雜物體：油輪 大規(guī)模網(wǎng)格模型：雕塑 3. 體模型實(shí)體 CSG 表示實(shí)體建模技術(shù)物體的 CSG 樹(shù)表示 CSG 樹(shù)表示的實(shí)例物體 CSG 樹(shù)表示的分析實(shí)體 模型實(shí)體建模技術(shù)體素 造型布爾運(yùn)算 Sweep 操作 面操作基于 模型特點(diǎn)參數(shù)建模4. 自然景物表示方法 分形理論）自然景物表示方法 分形舉例：Koch 雪花曲線(xiàn) 海岸線(xiàn)問(wèn)題 分形基于分形方法生成山基于分形 方法生成山：一維實(shí)例基于分 形方法生成山基于分形方法生 成山的實(shí)例 L- 系統(tǒng)：植物建模 L- 系統(tǒng)實(shí)例

8、 L- 系統(tǒng)實(shí)例的圖示 基于L- 系統(tǒng)的植物建模實(shí)例 L- 系統(tǒng)：植物建模 基于L- 系統(tǒng)生成的花與樹(shù)木 粒子系統(tǒng)粒子系統(tǒng)一般性描 述基于粒子系統(tǒng)的火焰與瀑 布自然景物造型在運(yùn)算機(jī)中生成的復(fù)雜場(chǎng)景第 5 頁(yè),共 13 頁(yè)第六講 幾何與坐標(biāo)變換 圖形變換 1. 二維變換基本變換 平移,旋轉(zhuǎn),縮放）齊次坐標(biāo)表示其它變換（剪切,反射,復(fù)合）懂得2D 圖形變換頂點(diǎn)（Vertex ）平移（Translation ）旋轉(zhuǎn)Rotation ,關(guān)于原點(diǎn)（縮Scale ,關(guān)于原點(diǎn) T,R,S 的組合變換 齊次坐標(biāo)（P78）二維平移二維旋轉(zhuǎn) 二維放縮剪切變 換Shear 對(duì)稱(chēng) 反射 變換 復(fù)合變換 實(shí)例P102三

9、維模型 變換：平移三維模 型變換：放縮三維 模型變換：旋轉(zhuǎn)三 維模型變換 x 方向上3D 錯(cuò)切變 換課堂練習(xí) 2. 三維變換場(chǎng)景坐標(biāo)系和造型變換（基本變換）視點(diǎn)坐標(biāo)系和取景變換投影坐標(biāo)系和投影變換屏幕坐標(biāo)系和設(shè)備變換 三維變換的基本概念三 維變換流程圖三維變換 中的各種坐標(biāo)系場(chǎng)景坐 標(biāo)系和模型變換三維模 型變換：平移三維模型 變換：放縮三維模型變 換：旋轉(zhuǎn)三維模型變換 x 方向上3D 錯(cuò)切變 換視點(diǎn)坐標(biāo)系和取景 變換視點(diǎn)坐標(biāo)系的交 互建立投影坐標(biāo)系和 投影變換投影變換的 基本概念投影分類(lèi)平行投影 正平行投影 斜投影第 6 頁(yè),共 13 頁(yè)透視投影關(guān)于透視投影點(diǎn)的透視變換 P77透視變換變換矩陣

10、的統(tǒng)一表示例題視域四棱錐裁剪規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)和設(shè)備變換屏幕坐標(biāo)系和視窗變換第七講顏色與著色模型1. 光和顏色顏色顏色視覺(jué)常見(jiàn)的顏色模型CIE XYZ 顏色模型 CIE 色度圖色度圖 中純色波長(zhǎng)CIE 顏色空間CIE 顏色空間例題CIE 顏色模型的特點(diǎn) CIE Lab 顏色模型 CIE Lab 顏色模型的特點(diǎn) Photoshop 中的CIELab RGB 顏色模型RGB 顏色 模型的特點(diǎn)CMY 顏色模型RGB 模型和CMY 模型轉(zhuǎn)換關(guān)系 HSV 顏色模型HSV 顏色模型的特點(diǎn)NTSC YIQ 顏色模型 YIQ 顏色模型 2. 光照明模型光照明模型泛光模型Lambert 漫反射模型 Phong 模型

11、 Whitted 模型光照明模型的進(jìn)一步完善 3. 插值著色法多邊形物體的明暗處理（Shading ）Flat ShadingFlat Shading Gouraud Shading Phong Shading 課堂練習(xí)第 7 頁(yè),共 13 頁(yè)第八講裁剪算法1. 直線(xiàn)裁剪直接求交算法 Cohen-Sutherland 編碼算法梁友棟-Barsky 算法圖形裁剪點(diǎn)的裁剪直線(xiàn)的裁剪直接求交算法編碼算法（P132）Cohen_Sutherland 算法端點(diǎn)分類(lèi)Cohen_Sutherland 算法C_S 算法例題3D C_S 算法Cohen_Sutherland 算法Liang-Barsky 裁剪算

12、法（P135Liang-Barsky 裁剪算法例題Liang-Barsky 裁剪算法2. 多邊形裁剪 Sutherland_Hodgman 算法（逐邊裁剪算法）Weiler_Atherton 算法* （雙邊裁剪算法）多邊形剪裁Sutherland-Hodgman 算法Weiler-Athenton 算法*3. 字符的裁剪字符裁剪課堂練習(xí)作業(yè)第九講人機(jī)交互1. 用戶(hù)界面（接口）概述用戶(hù)界面的重要性幾個(gè)問(wèn)題實(shí)例1 實(shí)例2 UI 的重要性人機(jī)交互UI 的進(jìn)展UI 的三元素2. 規(guī)律設(shè)備與輸入把握方式規(guī)律設(shè)備與輸入把握方式規(guī)律設(shè)備輸入方式懇求方式大事方式大事類(lèi)型第 8 頁(yè),共 13 頁(yè)Callback

13、s GLUT callbacks GLUT Event Loop display callback 3. 交互式圖形設(shè)計(jì)方法 基本交互技術(shù)基本交互技術(shù)定位基本交互技術(shù)筆劃基本交互技術(shù)定值 基本交互技術(shù)挑選基本 交互技術(shù)字符串輸入圖 形交互技術(shù) 幾何約束 引力場(chǎng)拖 動(dòng)橡皮筋 技術(shù)操作 柄技術(shù)拾 取技術(shù)其他的交互技術(shù) 4.UI 設(shè)計(jì)用 戶(hù)界面設(shè)計(jì)案例：Macintosh OS 的UI 設(shè)計(jì) UI 評(píng)估及方法 界面評(píng)估清單 界面評(píng)估 5.UI 進(jìn)展趨勢(shì) UI 的進(jìn)展趨勢(shì) WIMP 的優(yōu)勢(shì) WIMP 的劣勢(shì) WIMP GUI 的局限 性后-WIMP 接口 后-WIMP 特點(diǎn) 后-WIMP 世界 WIM

14、P GUI 從HCI 到HHI Human-Human Interaction 第十講曲線(xiàn)與曲面一,曲線(xiàn)與曲面的表示方法顯示表示法隱式表示參數(shù)形式特點(diǎn)分析什么是好的表示方法 . 顯示表示 隱式表示 參數(shù)曲線(xiàn)參數(shù)直線(xiàn)第 9 頁(yè),共 13 頁(yè)參數(shù)曲面參數(shù)平面法向量參數(shù)表示方法的優(yōu)點(diǎn)曲線(xiàn)曲面擬合方法插值vs. 靠近曲線(xiàn)段參數(shù)連續(xù)性參數(shù)連續(xù)性&幾何連續(xù)性二,常用曲線(xiàn)與曲面曲線(xiàn)曲面類(lèi)型 Hermite Bezier B-spline 性能分析三次Hermite 曲線(xiàn)三次Hermite 曲線(xiàn)基函數(shù)基函數(shù)的作用三次Hermite 曲線(xiàn)的外形把握三次曲線(xiàn)Hermite 例子Bzier 曲線(xiàn)Bzier 曲線(xiàn)的應(yīng)

15、用Bzier 曲線(xiàn)三次Bzier 曲線(xiàn)三次Bzier 曲線(xiàn)基函數(shù)Bernstein 基函數(shù)Bzier 曲線(xiàn)性質(zhì)P183-184 Bzier 曲線(xiàn)分析Bezier 曲面雙三次 Bezier 曲面雙三次 Bzier 曲面實(shí)例Bzier 曲面性質(zhì)Bzier曲面的不足B- 樣條（B-Splines ）B- 樣條曲線(xiàn)三次B- 樣條曲線(xiàn)三次B- 樣條曲線(xiàn)基函數(shù)B- 樣條曲線(xiàn)的定義B- 樣條基函數(shù)實(shí)例B- 樣條曲線(xiàn)性質(zhì)B- 樣條曲面B- 樣條曲面的重要性質(zhì)B- 樣條曲面實(shí)例B- 樣條曲線(xiàn)曲面分析NURBS 引入NURBS 曲線(xiàn)的緣由NURBS 曲線(xiàn)第 10 頁(yè),共 13 頁(yè)NURBS 曲線(xiàn)的權(quán)因子 NURB

16、S 曲線(xiàn)的例 子NURBS 曲線(xiàn)表 示圓NURBS 曲面 NURBS 曲面表示球 面三,曲線(xiàn)曲面的 繪制繪制曲線(xiàn)的主要方法直線(xiàn)近似 Bezier 曲線(xiàn)與曲面的遞歸細(xì)分方法其它多項(xiàng)式曲線(xiàn)如何轉(zhuǎn)換成Bezier 多項(xiàng)式.deCasteljau 遞推算法二次Bezier 曲線(xiàn)實(shí)現(xiàn)過(guò)程三次Bezier曲線(xiàn)實(shí)現(xiàn)過(guò)程四次Bezier 曲線(xiàn)實(shí)現(xiàn)過(guò)程四,OpenGL 中的曲線(xiàn)與曲 OpenGL 求值器 面如何繪制曲線(xiàn)與曲面爭(zhēng)論 OpenGL 二次曲線(xiàn) GLUT 二次曲線(xiàn) GLU 二次曲線(xiàn) OpenGL 支持什么.一維求值器設(shè)置一個(gè)求值器例子運(yùn)算例子 Bezier 曲面 例子 Utah Teapot 用 線(xiàn)li

17、ne 繪制用四邊形繪制勻稱(chēng)網(wǎng)格帶光照的繪制二次曲面 GLUT 對(duì)象（P121）GLUT 抱負(fù)實(shí)體（P121）GLU 中的二次曲面對(duì)象定義一個(gè)圓柱體第十一運(yùn)算機(jī)動(dòng)畫(huà)運(yùn)算機(jī)動(dòng)畫(huà) 例1：物體靜止,攝像機(jī)在運(yùn)動(dòng) 例2：攝像機(jī)靜止,物體運(yùn)動(dòng) 動(dòng)畫(huà)形成的視覺(jué)原理運(yùn)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的主要兩個(gè)類(lèi)別運(yùn)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)第 11 頁(yè),共 13 頁(yè)1. 關(guān)鍵幀技術(shù) 關(guān)鍵幀技術(shù)例子 線(xiàn)性插值頂點(diǎn)線(xiàn) 性插值線(xiàn)性插值 的問(wèn)題2. 樣條驅(qū) 動(dòng)技術(shù)樣條曲線(xiàn) 插值樣條驅(qū)動(dòng)技 術(shù)例子樣條驅(qū)動(dòng) 動(dòng)畫(huà)技術(shù) 按參數(shù)采樣與按弧長(zhǎng)采樣的對(duì)比 例子常用的曲線(xiàn)類(lèi)型 Hermite 曲線(xiàn) Bezier 曲線(xiàn) Catmull-Rom 曲線(xiàn) B-Spline /

18、 NURBS 曲線(xiàn)變形動(dòng)畫(huà)技術(shù)（Morphing ）Morphing 空間變形 二維多邊形外形漸變 二維圖像morphing 技術(shù) 實(shí)現(xiàn) Morphing 的傳統(tǒng)技術(shù) 圖像 morphing 的過(guò)程 三維 morphing 技術(shù)動(dòng)畫(huà)演示 簡(jiǎn)潔的三維 Morphing 應(yīng)用實(shí)例 4. 過(guò)程動(dòng)畫(huà)技術(shù) 例子動(dòng) 畫(huà)演示 粒子系統(tǒng) 應(yīng)用例子泡沫,濺起的水花接受粒子系統(tǒng)生成 動(dòng)畫(huà)演示生成粒子系統(tǒng)某瞬時(shí)畫(huà)面 的基本步驟5. 關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà) 例子可以用于關(guān) 節(jié)動(dòng)物也可以用于無(wú)生命的物體以創(chuàng)建擬人成效 6. 正運(yùn)動(dòng)學(xué)方法 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的求解 動(dòng)力學(xué)方法 7. 運(yùn)動(dòng)捕捉和運(yùn)動(dòng)重現(xiàn) 應(yīng)用實(shí)例運(yùn)動(dòng)捕捉的三種技術(shù)運(yùn)動(dòng)重現(xiàn)（Motion Retargeting ）第 12 頁(yè),共 13 頁(yè)把運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)應(yīng)用于一個(gè)新的角色 動(dòng)畫(huà)演示演員和虛擬角 色的一樣性運(yùn)動(dòng)