计算机图形学知识要点课件THEFIRSTLESSONOFTHESCHOOLYEAR•计算机图形学概述•基础知识•图形变换•图形算法与数据结构•计算机图形学前沿技术01计算机图形学概述定义与分类定义计算机图形学是研究使用计算机生成和操作图形的科学。分类计算机图形学可以分为几何造型、图像处理、可视化、动画与交互等几个分支。计算机图形学的发展历程起步阶段20世纪50年代，计算机图形学的萌芽阶段，主要研究如何使用计算机生成简单图形。发展阶段20世纪70年代至80年代，计算机图形学逐渐发展壮大，广泛应用于电影、游戏等领域。成熟阶段20世纪90年代至今，计算机图形学技术日趋成熟，成为多个领域的重要支撑。计算机图形学的应用领域01020304电影与游戏制作工业设计虚拟现实与仿真数据可视化计算机图形学在电影和游戏制作中发挥着至关重要的作用，为观众呈现逼真的视觉效果。通过计算机图形学，工业设计师可以更加高效地进行产品设计和原型制作。计算机图形学为虚拟现实和仿真技术提供了强大的支持，广泛应用于军事、医疗等领域。通过计算机图形学，将复杂数据以直观的方式呈现出来，有助于更好地理解和分析数据。01基础知识颜色理论010203颜色空间颜色模型颜色深度描述颜色的不同方式，如RGB、CMYK等。用于描述和显示颜色的系统，如RGB、HSV等。表示图像中可用的颜色数量的度量。图像处理基础像素构成数字图像的最小单位。位深描述像素值的范围或精度。图像分辨率描述图像的细节程度。图形渲染基础光栅化渲染引擎光照模型将矢量图形转换为像素的过程。用于生成最终图像的软件组件。描述物体表面如何反射光的数学模型。01图形变换几何变换平移变换缩放变换将图形在二维平面上沿着某一方向移动一定的距离。将图形在某一方向上放大或缩小一定的比例。旋转变换将图形绕着某一中心点旋转一定的角度。仿射变换仿射变换是指对图形进行一系列的几何变换，以保持图形之间的相对关系不变。仿射变换包括平移、旋转、缩放、反射等操作。通过仿射变换，可以将一个图形映射到另一个图形上，保持它们的相对位置和形状不变。投影变换投影变换是指将三维空间中的图形投影到二维平面上，以产生透视效果。投影变换可以分为正交投影和透视投影两种类型。正交投影将三维图形按照平行投影的方式投影到二维平面上，不产生透视效果。透视投影将三维图形按照透视的方式投影到二维平面上，产生近大远小的效果，使图形更加真实。01光照与材质光照模型漫反射模型光线在平滑表面以相同的方向散开，计算公式为`I=kd*Ii`，其中`I`是表面亮度，`kd`是漫反射系数，`Ii`是入射光亮度。镜面反射模型光线在光滑表面以特定角度反射，形成高光效果，计算公式为`I=ks*Ii*n.L`，其中`ks`是镜面反射系数，`n`是表面法向量，`L`是入射光方向。环境光模型考虑周围环境对表面的影响，计算公式为`I=ka*Ii`，其中`ka`是环境光系数。材质属性颜色属性包括漫反射颜色、镜面反射颜色和环境光颜色等。纹理属性通过纹理映射技术将图像映射到物体表面，增强物体的视觉效果。透明度属性控制物体透明度，实现半透明效果。凹凸属性通过法线贴图技术模拟物体表面的凹凸效果。纹理映射2D纹理映射纹理压缩将2D纹理图像映射到3D物体表面。为了提高渲染效率和降低内存占用，可以对纹理进行压缩。3D纹理映射纹理过滤将3D模型作为纹理映射到其他3D物体表面。为了减少纹理的锯齿现象，可以采用不同的纹理过滤技术，如线性过滤、双线性过滤和三线性过滤等。01图形算法与数据结构图形算法光栅化算法碰撞检测算法将几何图形转换为像素表示的过程，涉及到扫描线算法、区域填充算法等。用于确定两个或多个3D物体是否在虚拟空间中相交，常用算法有分离轴定理、空间分割法等。阴影生成算法纹理映射算法根据光源和物体的位置关系，计算物体在场景中产生的阴影，常用算法有阴影贴图、光线追踪等。将纹理图像映射到几何表面的过程，涉及到纹理坐标、纹理过滤、纹理压缩等技术。数据结构在图形学中的应用树形结构图结构用于表示场景中的层次关系，如场景图、BSP树等。用于表示物体之间的关系，如碰撞检测中的相交图、光线追踪中的光路图等。四叉树与八叉树哈希表与散列表用...
