計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課件(共49張課件)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)ppt(共49張PPT)目錄計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)二維圖形生成與處理三維圖形生成與處理真實(shí)感圖形生成技術(shù)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用實(shí)例01計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述Chapter定義計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何利用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的科學(xué)發(fā)展歷程從20世紀(jì)60年代的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)萌芽，到70年代的光柵圖形學(xué)、80年代的矢量圖形學(xué)，再到90年代的三維圖形學(xué)和現(xiàn)在的虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的融合發(fā)展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的定義與發(fā)展游戲中的角色、場(chǎng)景、特效等都需要計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的支持利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)可以制作出逼真的建筑效果圖和動(dòng)畫(huà)醫(yī)學(xué)圖像處理、三維重建等都需要計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的支持電影中的特效、動(dòng)畫(huà)等都需要計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)可以制作出產(chǎn)品的三維模型和渲染圖計(jì)算機(jī)游戲影視特效建筑設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)圖形學(xué)不僅需要技術(shù)，還需要美學(xué)和藝術(shù)的指導(dǎo)，以制作出更加逼真、生動(dòng)的圖形和動(dòng)畫(huà)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的很多算法和理論都涉及到數(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)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支，涉及到計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言等方面計(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物理學(xué)的支持?jǐn)?shù)學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)物理美學(xué)和藝術(shù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)學(xué)科02計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)Chapter基于紅、綠、藍(lán)三原色的加色模型，常用于屏幕顯示。RGB色彩模型基于青、品紅、黃、黑四色的減色模型，常用于彩色印刷。CMYK色彩模型分別代表色相、飽和度、亮度和色相、飽和度、值，用于描述顏色的直觀屬性。HSL和HSV色彩模型包括顏色名稱(chēng)、十六進(jìn)制表示、RGB/CMYK值等。顏色表示方法色彩模型與顏色表示包括CRT顯示器、LCD顯示器、LED顯示器等，以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。顯示器類(lèi)型顯示原理分辨率與刷新率介紹光柵掃描顯示原理，包括逐行掃描和隔行掃描兩種方式。解釋顯示器分辨率和刷新率的概念及其對(duì)顯示效果的影響。030201圖形顯示設(shè)備與原理01020304鍵盤(pán)與鼠標(biāo)介紹鍵盤(pán)和鼠標(biāo)的工作原理及在圖形界面中的應(yīng)用。手寫(xiě)板與數(shù)位板介紹手寫(xiě)板和數(shù)位板的工作原理及其在圖形輸入中的應(yīng)用。觸摸屏闡述觸摸屏的工作原理及分類(lèi)，包括電阻式、電容式等。三維輸入設(shè)備概述三維輸入設(shè)備如3D鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)手套等的工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域。圖形輸入設(shè)備與原理03二維圖形生成與處理Chapter二維空間中的基本元素，具有x和y坐標(biāo)。點(diǎn)（Point）線（Line）圓（Circle）多邊形（Polygon）由兩個(gè)端點(diǎn)確定的無(wú)限延伸的直線。平面上所有與給定點(diǎn)（中心）距離相等的點(diǎn)的集合。由三條或三條以上的線段首尾順次連接所組成的平面圖形。二維圖形的基本元素如Bresenham直線算法，通過(guò)逐步計(jì)算像素位置來(lái)生成直線。直線的生成算法如中點(diǎn)畫(huà)圓算法，利用圓的八對(duì)稱(chēng)性，通過(guò)計(jì)算決策參數(shù)來(lái)生成圓。圓的生成算法如掃描線填充算法，通過(guò)掃描多邊形并計(jì)算交點(diǎn)來(lái)生成多邊形。多邊形的生成算法二維圖形的生成算法包括平移（Translation）、旋轉(zhuǎn)（Rotation）、縮放（Scaling）等變換，可以通過(guò)變換矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。將圖形限制在指定區(qū)域內(nèi)，如直線裁剪算法Cohen-Sutherland和Liang-Barsky，多邊形裁剪算法Sutherland-Hodgman和Weiler-Atherton等。這些算法通過(guò)計(jì)算圖形與裁剪窗口的交點(diǎn)來(lái)進(jìn)行裁剪操作。二維圖形的變換二維圖形的裁剪二維圖形的變換與裁剪04三維圖形生成與處理Chapter點(diǎn)（Vertex）線（Edge）面（Face）體（Volume）三維圖形的基本元素三維空間中的基本元素，具有x、y、z三個(gè)坐標(biāo)。由三個(gè)或更多點(diǎn)定義，表示一個(gè)平面區(qū)域。由兩個(gè)端點(diǎn)定義，表示兩點(diǎn)之間的連線。由面圍成，表示一個(gè)三維空間區(qū)域。三維圖形的生成算法線框模型（WireframeModel）用直線和點(diǎn)表示三維物體的輪廓。表面模型（SurfaceModel）用多邊形面片逼近三維物體的表面。實(shí)體模型（SolidModel）定義三維物體的內(nèi)部和外部，表示物體的實(shí)體。光線追蹤（RayTracing）模擬光線在三維場(chǎng)景中的傳播，生成真實(shí)感圖形。三維圖形的變換與裁剪幾何變換（GeometricTrans…包括平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等變換，用于改變?nèi)S物體的位置和形狀。投影變換（ProjectionTran…將三維物體投影到二維平面上，包括正交投影和透視投影。裁剪（Clipping）去除三維物體在視口之外的部分，只顯示視口內(nèi)的部分。視口變換（ViewportTransf…將裁剪后的三維物體映射到屏幕坐標(biāo)系中，以供顯示。05真實(shí)感圖形生成技術(shù)Chapter基于經(jīng)驗(yàn)的光照模型，考慮了環(huán)境光、漫反射和高光反射。Phong光照模型對(duì)Phong模型的改進(jìn)，使用半角向量計(jì)算高光反射，得到更柔和的高光效果。Blinn-Phong光照模型通過(guò)計(jì)算光線與物體的交點(diǎn)，生成陰影圖，再將陰影圖映射到場(chǎng)景中得到陰影效果。陰影映射通過(guò)構(gòu)造包圍物體的陰影體，判斷像素是否在陰影體內(nèi)，從而生成陰影效果。陰影體光照模型與陰影處理紋理坐標(biāo)定義物體表面上的點(diǎn)與紋理圖像上的點(diǎn)之間的映射關(guān)系。Mipmapping使用多級(jí)漸遠(yuǎn)紋理來(lái)減少紋理采樣時(shí)的走樣現(xiàn)象。BumpMapping通過(guò)擾動(dòng)表面法線來(lái)模擬表面凹凸不平的細(xì)節(jié)。DisplacementMapping根據(jù)高度圖調(diào)整頂點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)更真實(shí)的表面細(xì)節(jié)。紋理映射與表面細(xì)節(jié)處理AlphaBlending通過(guò)混合像素的顏色和背景顏色來(lái)實(shí)現(xiàn)透明度效果。一種解決透明物體渲染順序問(wèn)題的方法，可以實(shí)現(xiàn)正確的透明效果疊加。通過(guò)多次渲染場(chǎng)景，每次剝離一層深度，來(lái)實(shí)現(xiàn)半透明物體的正確渲染。利用屏幕空間信息進(jìn)行半透明物體的渲染，如屏幕空間環(huán)境光遮蔽（SSAO）和屏幕空間反射（SSR）。Order-IndependentTransparencyDepthPeelingScreen-SpaceMethods透明度與半透明處理06計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技術(shù)Chapter03計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的發(fā)展歷程從早期的二維動(dòng)畫(huà)到三維動(dòng)畫(huà)，再到現(xiàn)在的交互式動(dòng)畫(huà)和實(shí)時(shí)渲染。01計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的定義通過(guò)計(jì)算機(jī)生成連續(xù)的動(dòng)態(tài)圖像，實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景和角色的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)。02計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的應(yīng)用領(lǐng)域影視特效、游戲設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)、工業(yè)設(shè)計(jì)等。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)概述123在動(dòng)畫(huà)中定義關(guān)鍵的狀態(tài)或動(dòng)作，由計(jì)算機(jī)插值生成中間幀。關(guān)鍵幀的概念包括位置關(guān)鍵幀、旋轉(zhuǎn)關(guān)鍵幀、縮放關(guān)鍵幀等。關(guān)鍵幀的類(lèi)型創(chuàng)建關(guān)鍵幀、設(shè)置動(dòng)畫(huà)屬性、調(diào)整時(shí)間軸、預(yù)覽和渲染。關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)的制作流程關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)技術(shù)過(guò)程動(dòng)畫(huà)的概念通過(guò)定義物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或過(guò)程，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成動(dòng)畫(huà)。過(guò)程動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)方法基于物理模擬、基于過(guò)程建模、基于行為建模等。過(guò)程動(dòng)畫(huà)的應(yīng)用場(chǎng)景自然現(xiàn)象的模擬（如風(fēng)、雨、雪）、物體的變形和破碎效果等。過(guò)程動(dòng)畫(huà)技術(shù)物理引擎的組成包括剛體動(dòng)力學(xué)、柔體動(dòng)力學(xué)、碰撞檢測(cè)與處理、約束求解等模塊?；谖锢淼膭?dòng)畫(huà)制作流程創(chuàng)建物理模型、設(shè)置物理屬性、施加力和約束、進(jìn)行物理模擬和渲染?；谖锢淼膭?dòng)畫(huà)概念利用物理引擎模擬現(xiàn)實(shí)世界中的物理現(xiàn)象，生成逼真的動(dòng)畫(huà)效果。基于物理的動(dòng)畫(huà)技術(shù)07計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用實(shí)例ChapterCAD技術(shù)利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建模、分析和優(yōu)化，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。CAM技術(shù)將CAD模型轉(zhuǎn)換為制造指令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的加工和生產(chǎn)。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、建筑、汽車(chē)等制造業(yè)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)

計(jì)算機(jī)游戲設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)游戲引擎基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)構(gòu)建游戲引擎，實(shí)現(xiàn)游戲場(chǎng)景、角色、特效等的渲染和交互。游戲設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)進(jìn)行游戲關(guān)卡、任務(wù)、角色等的設(shè)計(jì)，提高游戲的可玩性和趣味性。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于娛樂(lè)、教育、軍事模擬等領(lǐng)域。基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)構(gòu)建三維虛擬環(huán)境，提供沉浸式體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息疊加到真實(shí)世界中，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合