計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第四章教案目錄CONTENCT引言計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述圖形渲染技術(shù)紋理映射與光照模型高級(jí)渲染技術(shù)實(shí)踐項(xiàng)目與作業(yè)安排總結(jié)與展望01引言課程背景課程目標(biāo)課程背景與目標(biāo)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，主要研究如何利用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在游戲設(shè)計(jì)、電影制作、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本原理和技術(shù)，能夠使用相關(guān)軟件工具進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)和制作，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。010203教學(xué)內(nèi)容1.掌握基本圖形元素（如點(diǎn)、線、面）的表示和繪制方法。2.學(xué)習(xí)顏色模型和顏色混合原理。教學(xué)內(nèi)容與安排3.了解紋理映射和光照模型的基本概念。4.掌握基本動(dòng)畫制作技巧。教學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容與安排010203041.理論授課2.上機(jī)實(shí)踐3.課程作業(yè)4.課堂討論教學(xué)內(nèi)容與安排學(xué)生將完成一個(gè)簡單的圖形項(xiàng)目，包括基本圖形的繪制、顏色和紋理的應(yīng)用、光照效果的實(shí)現(xiàn)等。學(xué)生將使用相關(guān)軟件工具進(jìn)行圖形設(shè)計(jì)和制作，包括基本圖形的繪制、顏色和紋理的應(yīng)用、光照效果的實(shí)現(xiàn)等。介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本原理和技術(shù)，包括圖形元素的表示和繪制、顏色模型和顏色混合、紋理映射和光照模型等。針對(duì)學(xué)生在實(shí)踐過程中遇到的問題進(jìn)行討論，加深學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理解。02計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述起步階段基礎(chǔ)階段發(fā)展階段成熟階段計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷程20世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)開始起步，主要用于科學(xué)可視化。20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)理論逐步形成，出現(xiàn)了首批計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作品。20世紀(jì)70年代，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)進(jìn)入發(fā)展階段，廣泛應(yīng)用于電影、游戲等領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代至今，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)不斷成熟，成為一門獨(dú)立的學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念指通過計(jì)算機(jī)生成的二維或三維圖形。將幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像的過程。創(chuàng)建三維對(duì)象的過程。使圖像產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果的過程。計(jì)算機(jī)圖形渲染建模動(dòng)畫電影與游戲制作工業(yè)設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)可視化計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)制作特效、動(dòng)畫和游戲場景。通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)創(chuàng)建虛擬環(huán)境，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)進(jìn)行產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)和模擬。將數(shù)據(jù)以圖形方式呈現(xiàn)，便于理解和分析。03圖形渲染技術(shù)渲染管線是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中用于將三維場景轉(zhuǎn)換為二維圖像的過程。它包括應(yīng)用階段、幾何階段、光柵階段和輸出階段。渲染管線是實(shí)時(shí)渲染和離線渲染的基礎(chǔ)。渲染管線可以根據(jù)需要進(jìn)行自定義和優(yōu)化。渲染管線概述頂點(diǎn)著色器是渲染管線中的一個(gè)階段，負(fù)責(zé)處理三維場景中的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)。它可以將頂點(diǎn)坐標(biāo)、法線向量、切線向量等屬性進(jìn)行變換和插值。頂點(diǎn)著色器可以通過自定義來實(shí)現(xiàn)各種高級(jí)效果，如骨骼動(dòng)畫、頂點(diǎn)動(dòng)畫等。頂點(diǎn)著色器像素著色器是渲染管線中的一個(gè)階段，負(fù)責(zé)處理像素級(jí)別的光照和紋理映射。它可以通過自定義來實(shí)現(xiàn)各種光照模型、紋理效果和后期處理效果。像素著色器可以與頂點(diǎn)著色器進(jìn)行交互，以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的渲染效果。像素著色器后處理是對(duì)渲染結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步處理和優(yōu)化的階段，如模糊、銳化、色彩校正等。光柵化和后處理可以通過各種算法和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，以提高渲染質(zhì)量和效率。光柵化是將幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為像素?cái)?shù)據(jù)的階段，它通過將三維幾何體投影到二維平面上來實(shí)現(xiàn)。光柵化與后處理04紋理映射與光照模型紋理映射的概念紋理映射的分類紋理映射的步驟紋理映射是一種將圖像貼在三維物體表面的技術(shù)，通過將紋理坐標(biāo)與幾何坐標(biāo)關(guān)聯(lián)，將紋理像素映射到幾何表面上。根據(jù)紋理坐標(biāo)的生成方式，紋理映射可分為靜態(tài)紋理映射和動(dòng)態(tài)紋理映射。紋理映射包括紋理加載、紋理坐標(biāo)確定、紋理采樣和紋理合成等步驟。紋理映射技術(shù)80%80%100%光照模型基礎(chǔ)光照模型是描述物體表面如何反射光線的數(shù)學(xué)模型，用于計(jì)算物體表面的顏色。光照包括環(huán)境光、漫反射光、鏡面反射光和自發(fā)光等組成部分。物體表面的顏色由光照屬性、表面材質(zhì)屬性和觀察屬性共同決定。光照模型的定義光照的組成光照屬性的描述Phong模型的提出Phong模型的組成Phong模型的實(shí)現(xiàn)Phong光照模型Phong模型包括環(huán)境光、漫反射光、鏡面反射光和自發(fā)光等組成部分。Phong模型的實(shí)現(xiàn)需要計(jì)算光照方向、法線方向和視線方向等向量，并使用這些向量計(jì)算各組成部分的亮度。Phong光照模型由BuiTuongPhong提出，是一種基于反射的高動(dòng)態(tài)范圍光照模型。03Blinn-Phong模型的實(shí)現(xiàn)Blinn-Phong模型的實(shí)現(xiàn)相對(duì)于Phong模型更為簡單，計(jì)算量較小，適合于實(shí)時(shí)渲染。01Blinn-Phong模型的提出Blinn-Phong模型是Phong模型的一種簡化形式，由JimBlinn提出，主要用于實(shí)時(shí)渲染。02Blinn-Phong模型的組成Blinn-Phong模型同樣包括環(huán)境光、漫反射光和鏡面反射光等組成部分。Blinn-Phong光照模型05高級(jí)渲染技術(shù)

陰影映射技術(shù)基本原理陰影映射技術(shù)通過將陰影圖層疊加到場景中，模擬物體在陰影中的效果，提高渲染的逼真度。實(shí)現(xiàn)步驟首先計(jì)算光源方向和物體表面點(diǎn)的角度，確定陰影效果；然后對(duì)場景進(jìn)行深度測(cè)試，將陰影圖層與場景融合。應(yīng)用場景廣泛應(yīng)用于游戲、電影制作等領(lǐng)域，用于模擬物體在陰影中的效果，增強(qiáng)視覺效果?；驹?1環(huán)境光遮蔽技術(shù)通過模擬物體對(duì)周圍環(huán)境的反射和吸收，增強(qiáng)物體的立體感和質(zhì)感。實(shí)現(xiàn)步驟02首先計(jì)算物體表面點(diǎn)的法線方向和周圍環(huán)境的反射方向，確定環(huán)境光遮蔽效果；然后根據(jù)物體表面的紋理和光照信息，渲染出逼真的環(huán)境光遮蔽效果。應(yīng)用場景03廣泛應(yīng)用于游戲、電影制作等領(lǐng)域，用于增強(qiáng)物體的立體感和質(zhì)感，提高渲染的逼真度。環(huán)境光遮蔽技術(shù)全局光照渲染技術(shù)通過模擬光線在場景中的傳播和反射，實(shí)現(xiàn)更逼真的光照效果?；驹韺?shí)現(xiàn)步驟應(yīng)用場景首先計(jì)算場景中所有光源對(duì)物體的影響，然后根據(jù)物體表面的光照信息，渲染出全局光照效果。廣泛應(yīng)用于電影制作、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)逼真的光照效果和動(dòng)態(tài)光影變化。030201全局光照渲染技術(shù)06實(shí)踐項(xiàng)目與作業(yè)安排項(xiàng)目一要求項(xiàng)目三要求項(xiàng)目二要求3D場景建模學(xué)生需使用3D建模軟件（如Blender）創(chuàng)建一個(gè)簡單的3D場景，包括至少一個(gè)物體、光源和相機(jī)。學(xué)生需掌握基本的3D建模技巧，如旋轉(zhuǎn)、縮放、移動(dòng)等。光照與材質(zhì)在項(xiàng)目一的基礎(chǔ)上，學(xué)生需為場景中的物體添加材質(zhì)和紋理，并設(shè)置合適的光照條件，以實(shí)現(xiàn)逼真的渲染效果。學(xué)生需理解材質(zhì)和光照在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的重要性。動(dòng)畫制作學(xué)生需在項(xiàng)目二的基礎(chǔ)上，為場景中的物體添加簡單的動(dòng)畫效果，如旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等。學(xué)生需掌握基本的動(dòng)畫制作技巧，理解動(dòng)畫在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的應(yīng)用。實(shí)踐項(xiàng)目內(nèi)容與要求作業(yè)一編程實(shí)現(xiàn)基本圖形繪制要求學(xué)生需編程實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單光照模型，如Phong光照模型。學(xué)生需理解光照模型的基本原理，掌握編程實(shí)現(xiàn)的基本技巧。要求學(xué)生需使用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的基本算法，編寫程序?qū)崿F(xiàn)基本圖形的繪制，如圓形、矩形、多邊形等。學(xué)生需理解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的基本概念和原理。作業(yè)三實(shí)現(xiàn)紋理映射作業(yè)二實(shí)現(xiàn)光照模型要求學(xué)生需編程實(shí)現(xiàn)紋理映射算法，將紋理貼圖應(yīng)用到物體表面。學(xué)生需理解紋理映射的基本原理，掌握編程實(shí)現(xiàn)的基本技巧。作業(yè)安排與要求07總結(jié)與展望內(nèi)容概述介紹了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展歷程。講解了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本原理和技術(shù)。本章內(nèi)容總結(jié)探討了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本原理和技術(shù)。本章內(nèi)容總結(jié)難點(diǎn)：如何將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用于實(shí)際場景中。本章內(nèi)容總結(jié)深入理解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念和原理。理論學(xué)習(xí)通過實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目，掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用技巧。實(shí)踐操作本章內(nèi)容總結(jié)學(xué)習(xí)計(jì)劃深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的進(jìn)階技術(shù)。探索計(jì)