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计算机图形学课件•计算机图形学概述•计算机图形学基础•二维图形生成与处理•三维图形生成与处理•计算机动画原理与技术•计算机图形学应用实例分析contents目录01计算机图形学概述计算机图形学是研究如何利用计算机生成、处理和显示图形的科学。定义从早期的二维图形绘制到现在的三维图形渲染，计算机图形学经历了数十年的发展，已经成为计算机科学中一个重要的分支。发展历程计算机图形学的定义与发展计算机图形学的应用领域游戏中的场景、角色、特效等都需要计算机图形学的支持。电影、电视剧中的特效制作、场景建模等都需要用到计算机图形学技术。汽车、飞机、家电等产品的设计和制造过程中，需要进行大量的三维建模和渲染。虚拟现实技术需要计算机图形学来生成逼真的三维场景和特效。游戏开发影视制作工业设计虚拟现实计算机科学数学物理学美学计算机图形学的相关学科计算机图形学是计算机科学的一个重要分支，涉及到计算机算法、数据结构、操作系统等方面的知识。计算机图形学中的光照模型、物体表面的反射和折射等都需要用到物理学的知识。计算机图形学中涉及到大量的数学知识，如线性代数、微积分、概率统计等。计算机图形学不仅需要技术上的支持，还需要美学上的指导，如色彩搭配、构图等。02计算机图形学基础基于红、绿、蓝三原色的加色模型，常用于屏幕显示。RGB色彩模型基于青、品红、黄、黑四色的减色模型，常用于彩色印刷。CMYK色彩模型分别代表色相、饱和度、亮度和色相、饱和度、值，用于描述颜色的属性。HSL和HSV色彩模型如十六进制编码和RGB编码，用于在计算机中表示和存储颜色。颜色编码色彩模型与颜色表示包括阴极射线管（CRT）、液晶显示（LCD）、有机发光显示（OLED）等。显示器类型显示原理分辨率与刷新率图形加速卡（GPU）涉及扫描线生成、光栅化、颜色合成等过程，将图像数据转换为可见的图像。分辨率指显示器能显示的像素数量，刷新率指每秒更新图像的次数。专门用于处理图形数据的硬件，可加速3D图形的渲染和显示。图形显示设备与原理最常用的图形输入设备，用于输入命令和选择对象。键盘与鼠标通过触摸操作输入命令和选择对象，广泛应用于移动设备。触摸屏用于绘图和手写输入，常见于专业绘图和设计领域。手写笔与数位板用于捕捉三维形状和运动数据，应用于虚拟现实、游戏等领域。三维扫描仪与动作捕捉设备图形输入设备与原理03二维图形生成与处理包括DDA算法、中点画线算法、Bresenham算法等，用于在像素网格上生成直线。直线生成算法圆生成算法椭圆生成算法包括中点画圆算法、Bresenham画圆算法等，用于在像素网格上生成圆或圆弧。基于参数方程或极坐标方程，通过计算椭圆上的点并转换为像素坐标进行绘制。030201基本图形生成算法包括平移、旋转、缩放等变换，通过变换矩阵对图形进行变换操作。包括点裁剪、直线裁剪和多边形裁剪等，用于将图形裁剪到指定的区域内。二维图形变换与裁剪二维图形裁剪二维图形变换包括扫描线填充算法、边界填充算法等，用于对二维图形进行填充操作。二维图形填充包括区域的并、交、差等集合运算，以及区域填充、边界跟踪等操作。区域操作二维图形填充与区域操作04三维图形生成与处理线框模型（WireframeModel）用直线和曲线表示三维物体的边界轮廓。表面模型（SurfaceModel）通过定义物体的表面来表示三维形状，常用方法包括参数曲面和隐式曲面。实体模型（SolidModel）描述三维物体的内部和外部形状，包括构造实体几何（CSG）和边界表示法（B-rep）。三维图形表示方法三维图形变换包括平移、旋转、缩放等基本变换，以及更复杂的变换如仿射变换和投影变换。裁剪算法用于将三维图形裁剪到指定的视口或裁剪平面内，常见算法有Cohen-Sutherland裁剪算法和Liang-Barsky裁剪算法。三维图形变换与裁剪纹理映射将二维图像（纹理）映射到三维物体表面，增加物体的细节和真实感。全局光照模拟光线在场景中的传播和反射，包括光线追踪、路径追踪和辐射度算法等。阴影生成通过计算光线在物体间的遮挡关系生成阴影，常见方法有阴影贴图和阴影体积。光照模型模拟光线在物体表面的反射和折射，常用光照模型包括Phong光照模型和Blinn...