計(jì)算機(jī)圖形學(xué)綜合復(fù)習(xí)目錄CONTENCT計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述基礎(chǔ)知識(shí)圖形變換光照與材質(zhì)紋理映射高級(jí)技術(shù)圖形算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖形學(xué)應(yīng)用案例01計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究使用計(jì)算機(jī)生成和操作圖形的科學(xué)。定義計(jì)算機(jī)圖形學(xué)注重圖形的生成、處理和顯示，強(qiáng)調(diào)真實(shí)感和交互性。特點(diǎn)定義與特點(diǎn)起步階段發(fā)展階段成熟階段20世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)開(kāi)始起步，主要應(yīng)用于幾何設(shè)計(jì)和可視化。20世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在電影、游戲等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。21世紀(jì)初，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)逐漸成熟，廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。發(fā)展歷程01020304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)可視化應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)提供技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)沉浸式體驗(yàn)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工程可視化，幫助設(shè)計(jì)師更好地呈現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在電影和游戲制作中廣泛應(yīng)用，用于創(chuàng)建逼真的場(chǎng)景和角色。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)可將復(fù)雜數(shù)據(jù)以直觀的方式呈現(xiàn)，便于分析和理解。02基礎(chǔ)知識(shí)80%80%100%圖像與圖形由像素構(gòu)成的二維矩陣，每個(gè)像素具有特定的顏色值。由頂點(diǎn)和邊構(gòu)成的二維或三維結(jié)構(gòu)，可以描述物體的形狀和空間關(guān)系。將圖像轉(zhuǎn)換為圖形或從圖形生成圖像的過(guò)程，涉及到特征提取、輪廓檢測(cè)等技術(shù)。圖像圖形圖像與圖形的轉(zhuǎn)換RGB模型CMYK模型HSB模型HSL模型顏色模型紅、綠、藍(lán)三種顏色組合，廣泛應(yīng)用于顯示器和掃描儀。青、品、黃、黑四種顏色組合，用于印刷和打印。色調(diào)、飽和度、亮度三個(gè)維度，更接近人眼對(duì)顏色的感知。色調(diào)、飽和度、亮度三個(gè)維度，與HSB類似，但亮度分量與HSB的明度不同。光柵化渲染管線光線追蹤渲染管線混合渲染管線渲染管線模擬光線在三維場(chǎng)景中的傳播和交互，以實(shí)現(xiàn)更真實(shí)的光照和陰影效果。結(jié)合光柵化渲染和光線追蹤渲染的優(yōu)點(diǎn)，以提高渲染質(zhì)量和效率。將三維場(chǎng)景中的幾何形狀轉(zhuǎn)換為二維像素的過(guò)程，包括幾何處理、光照計(jì)算、紋理映射等步驟。03圖形變換幾何變換將圖形在二維或三維空間中沿某一方向移動(dòng)一定的距離。改變圖形的大小，可以是均勻縮放或非均勻縮放。以某一點(diǎn)為中心，將圖形旋轉(zhuǎn)一定的角度。使圖形在水平或垂直方向上傾斜一定的角度。平移變換縮放變換旋轉(zhuǎn)變換錯(cuò)切變換通過(guò)線性方程組描述的變換，包括平移、縮放、旋轉(zhuǎn)和錯(cuò)切。線性變換用于描述二維或三維空間中的點(diǎn)，通過(guò)齊次坐標(biāo)可以方便地實(shí)現(xiàn)仿射變換。齊次坐標(biāo)仿射變換可以用矩陣表示，通過(guò)矩陣乘法實(shí)現(xiàn)變換。矩陣表示仿射變換正交投影透視投影三視圖投影矩陣投影變換將三維空間中的點(diǎn)投影到二維平面上，保持點(diǎn)之間的角度不變。將三維物體的正交投影在三個(gè)相互垂直的平面上，分別稱為主視圖、俯視圖和左視圖。通過(guò)透視鏡觀察三維空間中的點(diǎn)，投影到二維平面上，產(chǎn)生近大遠(yuǎn)小的效果。用于描述投影變換的矩陣，通過(guò)矩陣乘法實(shí)現(xiàn)投影變換。04光照與材質(zhì)03Blinn-Phong模型在Phong模型基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)化了高光計(jì)算，提高了渲染效率。01Lambert模型基于漫反射光的模型，考慮了光線與表面法線的角度，但未考慮光線的方向和表面曲率。02Phong模型擴(kuò)展了Lambert模型，引入了高光反射的概念，考慮了光線的方向和表面曲率。光照模型物體本身反射或發(fā)射光的顏色。顏色物體表面的微觀結(jié)構(gòu)，影響光線散射和反射的方式。紋理物體允許光線通過(guò)的能力，也稱為不透明度。透明度物體表面反射光的能力，與表面微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。光澤度材質(zhì)屬性著色語(yǔ)言GLSL(OpenGLShadingLanguage)用于在OpenGL中進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染的著色語(yǔ)言。HLSL(High-LevelShadingLanguage)由微軟開(kāi)發(fā)的用于DirectX的著色語(yǔ)言。Cg(CforGraphics)由Nvidia開(kāi)發(fā)的跨平臺(tái)的著色語(yǔ)言。RenderManShadingLanguage由Pixar開(kāi)發(fā)的用于3D渲染的著色語(yǔ)言，廣泛應(yīng)用于電影制作。05紋理映射紋理貼圖是將紋理圖像映射到三維物體表面的過(guò)程，使得物體表面呈現(xiàn)出更加真實(shí)和豐富的細(xì)節(jié)。紋理貼圖可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)，如平面映射、立方體映射、球體映射等，每種方式都有其適用的場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)。紋理貼圖可以增強(qiáng)三維場(chǎng)景的視覺(jué)效果，提高渲染質(zhì)量，使物體表面呈現(xiàn)出更加逼真的細(xì)節(jié)和質(zhì)感。紋理貼圖還可以用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)效果，如光照、陰影、反射等，進(jìn)一步增強(qiáng)三維場(chǎng)景的真實(shí)感。紋理貼圖01020304紋理采樣是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中從紋理圖像中獲取像素值的過(guò)程，用于在渲染過(guò)程中實(shí)現(xiàn)紋理效果。紋理采樣紋理采樣是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中從紋理圖像中獲取像素值的過(guò)程，用于在渲染過(guò)程中實(shí)現(xiàn)紋理效果。紋理采樣是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中從紋理圖像中獲取像素值的過(guò)程，用于在渲染過(guò)程中實(shí)現(xiàn)紋理效果。紋理采樣是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中從紋理圖像中獲取像素值的過(guò)程，用于在渲染過(guò)程中實(shí)現(xiàn)紋理效果。紋理過(guò)濾是在紋理采樣過(guò)程中對(duì)像素進(jìn)行平滑處理的過(guò)程，以減少紋理圖像中的像素失真和鋸齒現(xiàn)象。常見(jiàn)的紋理過(guò)濾算法有雙線性過(guò)濾、雙三次過(guò)濾、各向異性過(guò)濾等，每種算法都有其適用的場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)。紋理過(guò)濾可以提高紋理圖像的清晰度和質(zhì)量，減少圖像中的模糊和失真現(xiàn)象，提高渲染質(zhì)量。紋理過(guò)濾還可以用于實(shí)現(xiàn)抗鋸齒效果，以減少圖像中的鋸齒現(xiàn)象，提高渲染質(zhì)量。紋理過(guò)濾06高級(jí)技術(shù)陰影算法陰影的質(zhì)量和效率陰影生成包括平面陰影、陰影貼圖、光線追蹤陰影等算法，用于在計(jì)算機(jī)圖形中生成逼真的陰影效果。討論如何平衡陰影的質(zhì)量和渲染效率，以及如何處理動(dòng)態(tài)光源和復(fù)雜場(chǎng)景下的陰影生成。介紹環(huán)境貼圖技術(shù)的原理和應(yīng)用，包括如何使用環(huán)境貼圖來(lái)模擬物體表面的反射和折射效果。討論如何在實(shí)時(shí)渲染中使用環(huán)境貼圖技術(shù)，以提高渲染質(zhì)量和效率。環(huán)境貼圖實(shí)時(shí)渲染中的環(huán)境貼圖環(huán)境貼圖技術(shù)粒子系統(tǒng)的原理介紹粒子系統(tǒng)的基本原理和組成，包括粒子的生命周期、行為模擬和渲染技術(shù)等。粒子系統(tǒng)的應(yīng)用討論粒子系統(tǒng)在游戲開(kāi)發(fā)、電影制作和科學(xué)可視化等領(lǐng)域的應(yīng)用，以及如何創(chuàng)建具有吸引力的粒子效果。粒子系統(tǒng)07圖形算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括光柵化、光線追蹤、路徑追蹤等，用于將三維場(chǎng)景轉(zhuǎn)換為二維圖像。渲染算法幾何變換投影算法紋理映射包括平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等，用于改變圖形對(duì)象的形狀和位置。將三維場(chǎng)景投影到二維平面上，包括正交投影和透視投影。將紋理貼圖應(yīng)用到圖形對(duì)象的表面，增強(qiáng)圖形的真實(shí)感。圖形算法用于表示圖形結(jié)構(gòu)，如最小生成樹(shù)、最短路徑等。圖論用于表示層次結(jié)構(gòu)，如二叉樹(shù)、B樹(shù)等。樹(shù)形結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，如最大堆、最小堆等。堆結(jié)構(gòu)用于快速查找和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，如鏈表哈希表、開(kāi)地址哈希表等。哈希表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用包圍盒算法通過(guò)將復(fù)雜物體簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的幾何形狀，快速判斷兩個(gè)物體是否相交。分離軸定理通過(guò)判斷兩個(gè)物體的軸向分離距離是否大于零，判斷兩個(gè)物體是否相交。射線算法通過(guò)發(fā)射射線穿過(guò)物體，判斷射線與物體的交點(diǎn)數(shù)，判斷兩個(gè)物體是否相交。相交測(cè)試算法通過(guò)計(jì)算兩個(gè)物體的交點(diǎn)數(shù)和交點(diǎn)位置，判斷兩個(gè)物體是否相交。碰撞檢測(cè)08圖形學(xué)應(yīng)用案例利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，將游戲中的場(chǎng)景、角色、道具等元素進(jìn)行渲染，生成逼真的畫(huà)面效果，提升游戲體驗(yàn)。游戲畫(huà)面渲染通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，模擬現(xiàn)實(shí)世界中的物理現(xiàn)象，如碰撞、重力、慣性等，使游戲中的動(dòng)態(tài)效果更加自然和真實(shí)。物理引擎利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，制作游戲中的動(dòng)畫(huà)效果，如人物動(dòng)作、表情等，提高游戲的互動(dòng)性和趣味性。動(dòng)畫(huà)制作游戲開(kāi)發(fā)中的圖形學(xué)應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)中的圖形學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景建模利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景模型，包括地形、建筑、物品等，為虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用提供逼真的環(huán)境。實(shí)時(shí)渲染通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的實(shí)時(shí)渲染，為用戶提供流暢、自然的沉浸式體驗(yàn)。交互設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)，設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)中的交互方式，如手勢(shì)識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等，提高用戶的參與度和體