計算機圖形學基礎(chǔ)本課程將帶領(lǐng)您探索計算機圖形學的奧秘，從基礎(chǔ)知識到實際應(yīng)用，為您開啟圖形世界的大門。課程概述課程目標掌握計算機圖形學基本理論和技術(shù)，具備圖形程序開發(fā)能力。課程內(nèi)容圖形學基本概念、幾何變換、渲染管線、光照模型、材質(zhì)與紋理、陰影計算、曲線與曲面、透視投影、視角變換、遮擋檢測、柵格化算法、顏色模型、圖像處理基礎(chǔ)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、游戲引擎概述、圖形性能優(yōu)化等。圖形學概念圖形學定義研究計算機生成和處理圖像的技術(shù)，包含幾何建模、光線追蹤、渲染、動畫等。圖形學應(yīng)用廣泛應(yīng)用于游戲開發(fā)、影視制作、科學可視化、醫(yī)療影像、建筑設(shè)計等領(lǐng)域。圖形學坐標系統(tǒng)二維坐標系平面圖形采用二維坐標系表示，用(x,y)來描述點的位置。三維坐標系空間圖形采用三維坐標系表示，用(x,y,z)來描述點的位置。幾何變換平移將物體沿指定方向移動。旋轉(zhuǎn)圍繞指定軸旋轉(zhuǎn)物體?？s放改變物體的大小。剪切沿指定方向拉伸物體。三維空間中的變換平移變換將物體沿x,y,z軸移動。旋轉(zhuǎn)變換圍繞x,y,z軸旋轉(zhuǎn)物體。縮放變換改變物體沿x,y,z軸的尺寸。圖形學渲染管線1模型變換將模型從模型空間轉(zhuǎn)換到世界空間。2視圖變換將世界空間坐標轉(zhuǎn)換到攝像機空間。3投影變換將三維場景投影到二維平面。4裁剪剔除不在視錐體內(nèi)的物體。5光柵化將幾何圖形轉(zhuǎn)換成像素。6著色為像素賦予顏色。光照模型1環(huán)境光來自周圍環(huán)境的漫射光。2漫射光物體表面向各個方向散射的光線。3鏡面反射光光線在物體表面發(fā)生鏡面反射。材質(zhì)與紋理材質(zhì)描述物體表面的光學特性，例如顏色、反射率、折射率。紋理用于裝飾物體表面，賦予物體更豐富的外觀和細節(jié)。陰影計算1陰影映射將場景投影到陰影貼圖中。2射線追蹤追蹤光線，判斷是否與物體相交。3體積陰影模擬光線穿過透明或半透明物體的效果。曲線與曲面1貝塞爾曲線由控制點定義的平滑曲線。2B樣條曲線比貝塞爾曲線更靈活，可以更好地控制曲線的形狀。3曲面由多個曲線或控制點定義的二維曲面。透視投影透視投影模擬人眼觀察物體的透視效果。正投影物體平行于投影平面投影。視角變換視角相機的位置和方向。視場相機視野的大小。焦距相機鏡頭的焦距。遮擋檢測1深度緩沖存儲每個像素的深度信息，用于判斷物體的前后關(guān)系。2畫家算法根據(jù)物體距離相機遠近排序，繪制物體。柵格化算法1三角形三角形是構(gòu)成圖形的基本元素。2掃描線算法掃描線算法逐行掃描三角形，計算交點，生成像素。3光柵化將三角形轉(zhuǎn)換成屏幕上的像素。顏色模型RGB模型將顏色表示為紅、綠、藍三原色的混合。CMYK模型將顏色表示為青、品紅、黃、黑四種顏色。HSV模型將顏色表示為色調(diào)、飽和度、明度。圖像處理基礎(chǔ)亮度調(diào)整改變圖像的整體亮度。對比度調(diào)整增強圖像的明暗對比。顏色校正調(diào)整圖像的顏色平衡。圖像采樣與量化采樣從連續(xù)信號中提取離散樣本。量化將連續(xù)樣本值轉(zhuǎn)換為離散值。圖像濾波技術(shù)1高斯濾波用于模糊圖像，平滑噪聲。2中值濾波用于去除椒鹽噪聲。3邊緣檢測用于檢測圖像中的邊緣信息。圖像壓縮算法無損壓縮壓縮過程中不損失任何信息。有損壓縮壓縮過程中會損失部分信息，但壓縮率更高。數(shù)字圖像處理醫(yī)學影像圖像處理用于診斷和治療疾病。遙感圖像用于監(jiān)測環(huán)境、災(zāi)害預(yù)警等。虛擬現(xiàn)實技術(shù)1VR定義通過計算機技術(shù)生成逼真的虛擬環(huán)境，用戶可以沉浸其中。2VR設(shè)備VR頭顯、手柄、動作捕捉設(shè)備等。3VR應(yīng)用游戲、教育、醫(yī)療、培訓等領(lǐng)域。增強現(xiàn)實技術(shù)AR定義將虛擬信息疊加到現(xiàn)實世界中，增強用戶感知。AR設(shè)備AR眼鏡、手機、平板電腦等。AR應(yīng)用游戲、導(dǎo)航、購物、維修等領(lǐng)域。游戲引擎概述游戲引擎定義一套軟件工具集，用于開發(fā)游戲，提供渲染、物理、音頻、腳本等功能。游戲引擎類型Unity、Unreal、CryEngine、GameMaker等。Unity游戲引擎特點易于上手，跨平臺支持，擁有豐富的資源和插件。應(yīng)用廣泛用于開發(fā)移動游戲、PC游戲、VR/AR游戲等。Unreal游戲引擎特點強大的圖形渲染能力，支持高品質(zhì)游戲開發(fā)。應(yīng)用用于開發(fā)大型游戲，例如Fortnite、GearsofWar等。圖形性能優(yōu)化1模型簡化降低模型的復(fù)雜度，減少渲染負擔。2紋理壓縮壓縮紋理文件，節(jié)省內(nèi)存空間。3著色器優(yōu)化優(yōu)化著色器代碼，提高渲染效率。圖形硬件加速圖形處理器專門用于圖形渲染計算的芯片。中央處理器負責處理游戲的邏輯運算。圖形應(yīng)用案例虛擬現(xiàn)實游戲玩家可以沉浸在虛擬世界中，體驗身臨其境的感受。電影特效計算機圖形學用于制作逼真的電影特效，例如爆炸、煙霧、水流等。本課程小結(jié)1課程內(nèi)容回顧本