計(jì)算機(jī)圖形學(xué)匯報(bào)人：xxx20xx-07-12REPORTINGREPORTINGCATALOGUE目錄計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述計(jì)算機(jī)圖形表示與建模圖形渲染與可視化技術(shù)計(jì)算機(jī)圖形處理算法動(dòng)畫(huà)與仿真技術(shù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)前沿技術(shù)01計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述REPORTING定義計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)，研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。1963年計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概念由薩瑟蘭在MIT林肯實(shí)驗(yàn)室提出。1960年代至1970年代研究主要關(guān)注2D圖形繪制和3D模型的表示與渲染。1980年代至今圖形學(xué)發(fā)展進(jìn)入個(gè)性化、虛擬現(xiàn)實(shí)、高性能計(jì)算和人工智能時(shí)代。定義與發(fā)展歷程娛樂(lè)與游戲PC游戲、手機(jī)游戲、3D電影與特效。設(shè)計(jì)與可視化建筑設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化。應(yīng)用領(lǐng)域及前景應(yīng)用領(lǐng)域及前景用戶界面設(shè)計(jì)圖形用戶界面(GUI)設(shè)計(jì)。前景隨著硬件和算法的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)將在逼真度、實(shí)時(shí)渲染、交互式體驗(yàn)等方面取得更大突破，進(jìn)一步融合人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，拓展在自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能教育等領(lǐng)域的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)模擬訓(xùn)練、虛擬旅游、醫(yī)療模擬等。030201形狀點(diǎn)、線、面、體等幾何元素的組合與表示。顏色光照與材質(zhì)視圖與投影動(dòng)畫(huà)與交互描述物體表面反射或發(fā)射光的特性，包括色相、飽和度和明度。模擬光線在物體表面的反射、折射和散射等效果，以及物體表面的質(zhì)感。定義觀察者的位置和朝向，以及將3D場(chǎng)景投影到2D屏幕上的方式。通過(guò)時(shí)間序列控制圖形的變化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)效果和用戶交互功能。基本組成要素02計(jì)算機(jī)圖形表示與建模REPORTING二維圖形表示方法矢量圖形表示通過(guò)數(shù)學(xué)公式和幾何基元（如點(diǎn)、線、圓等）來(lái)描述圖形，具有放大不失真的特點(diǎn)，常用于CAD、圖形設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。位圖圖形表示參數(shù)曲線與曲面以像素陣列的方式來(lái)表示圖形，每個(gè)像素具有特定的顏色和亮度信息，適用于照片和復(fù)雜圖像的表示。采用數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)描述曲線的形狀，如貝塞爾曲線、B樣條曲線等，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的二維圖形表示。利用基本的幾何形狀（如立方體、球體、圓柱體等）來(lái)構(gòu)建復(fù)雜的三維模型，適用于建筑、機(jī)械等領(lǐng)域。幾何建模采用NURBS（非均勻有理B樣條）等高級(jí)曲面技術(shù)來(lái)創(chuàng)建光滑、連續(xù)的三維表面，常用于汽車(chē)、飛機(jī)等復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。曲面建模通過(guò)定義物體的體積和內(nèi)部屬性來(lái)創(chuàng)建三維模型，可以實(shí)現(xiàn)更為真實(shí)的物理模擬和渲染效果。實(shí)體建模三維圖形建模技術(shù)紋理映射技術(shù)將高分辨率的圖像映射到低分辨率的幾何模型上，以增強(qiáng)模型的視覺(jué)細(xì)節(jié)和真實(shí)感，同時(shí)減少幾何復(fù)雜度。網(wǎng)格簡(jiǎn)化通過(guò)減少模型的頂點(diǎn)數(shù)和面數(shù)來(lái)降低模型的復(fù)雜度，同時(shí)保持模型的視覺(jué)特征，有助于提高渲染速度和減少存儲(chǔ)空間。層次細(xì)節(jié)模型（LOD）根據(jù)觀察距離和重要性為模型創(chuàng)建多個(gè)不同細(xì)節(jié)的版本，從而在渲染時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行切換，以提高渲染效率。模型簡(jiǎn)化與優(yōu)化策略03圖形渲染與可視化技術(shù)REPORTING光柵化渲染流程介紹頂點(diǎn)著色器處理頂點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)頂點(diǎn)著色器處理后，會(huì)進(jìn)行坐標(biāo)變換、光照計(jì)算等操作，生成新的頂點(diǎn)屬性。圖元裝配頂點(diǎn)著色器輸出的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)行圖元裝配，形成三角形、線段等基本的圖形圖元。光柵化圖元裝配完成后，會(huì)進(jìn)行光柵化處理，將圖元轉(zhuǎn)化為片元，每個(gè)片元對(duì)應(yīng)屏幕上的一個(gè)像素點(diǎn)。片元著色器處理片元著色器會(huì)對(duì)每個(gè)片元進(jìn)行顏色計(jì)算、紋理采樣等操作，最終確定每個(gè)像素點(diǎn)的顏色值。光線追蹤渲染原理及應(yīng)用光線追蹤原理01從視點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)屏幕每個(gè)像素點(diǎn)向場(chǎng)景投射光線，光線與場(chǎng)景中的物體相交后，根據(jù)物體的材質(zhì)、光照等信息計(jì)算出像素點(diǎn)的顏色值。反射與折射處理02當(dāng)光線與物體相交后，根據(jù)物體的反射和折射屬性，繼續(xù)追蹤反射光線和折射光線，遞歸地進(jìn)行顏色計(jì)算，直到達(dá)到遞歸深度限制或者光線逃逸出場(chǎng)景。全局光照模擬03通過(guò)光線追蹤技術(shù)可以模擬出真實(shí)的全局光照效果，包括間接光照、軟陰影、焦散等效果，使得渲染結(jié)果更加逼真。應(yīng)用領(lǐng)域04光線追蹤技術(shù)在電影、動(dòng)畫(huà)、游戲等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可以制作出高質(zhì)量的渲染效果。頂點(diǎn)著色與片元著色優(yōu)化實(shí)時(shí)渲染要求為了提高實(shí)時(shí)渲染的效率，可以采用高效的頂點(diǎn)著色和片元著色算法，減少不必要的計(jì)算量，提高渲染速度。實(shí)時(shí)渲染需要在極短的時(shí)間內(nèi)完成圖形數(shù)據(jù)的計(jì)算和輸出，通常要求每秒至少渲染30幀以上的畫(huà)面，以保證畫(huà)面的流暢性。利用GPU的并行計(jì)算能力可以顯著提高實(shí)時(shí)渲染的速度。通過(guò)將渲染任務(wù)分解為多個(gè)子任務(wù)，并在GPU上進(jìn)行并行處理，可以大幅度縮短渲染時(shí)間。為了在保證渲染效果的同時(shí)減少紋理采樣的計(jì)算量，可以采用多級(jí)漸遠(yuǎn)紋理技術(shù)，根據(jù)物體的遠(yuǎn)近使用不同分辨率的紋理進(jìn)行采樣。GPU并行計(jì)算加速多級(jí)漸遠(yuǎn)紋理技術(shù)實(shí)時(shí)渲染技術(shù)探討04計(jì)算機(jī)圖形處理算法REPORTING幾何變換與裁剪算法裁剪算法在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，裁剪是指將圖形中位于給定區(qū)域內(nèi)的部分保留，而區(qū)域外的部分則被裁剪掉。常見(jiàn)的裁剪算法有Cohen-Sutherland裁剪算法、Liang-Barsky裁剪算法等。幾何變換包括平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等基本變換，以及通過(guò)這些基本變換組合而成的復(fù)合變換。這些變換可以通過(guò)線性代數(shù)中的矩陣運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。在三維圖形中，由于物體的遮擋關(guān)系，部分線段可能被其他物體所遮擋。隱藏線消除技術(shù)就是將這些被遮擋的線段從最終的圖形中去除。隱藏線消除與隱藏線消除類(lèi)似，隱藏面消除是將被遮擋的圖形表面從最終的渲染結(jié)果中去除，以呈現(xiàn)出更加真實(shí)的三維效果。常見(jiàn)的隱藏面消除技術(shù)有Z-Buffering和光線追蹤等。隱藏面消除隱藏面消除技術(shù)紋理映射是將二維圖像（即紋理）映射到三維物體表面的技術(shù)。通過(guò)紋理映射，可以增強(qiáng)圖形的真實(shí)感和細(xì)節(jié)表現(xiàn)。紋理映射貼圖是將紋理圖像應(yīng)用到三維模型表面的過(guò)程。常見(jiàn)的貼圖方法有平面貼圖、圓柱貼圖和球面貼圖等。這些方法可以根據(jù)模型的形狀和紋理圖像的特性進(jìn)行選擇和應(yīng)用。同時(shí)，還有一些高級(jí)的貼圖技術(shù)，如環(huán)境映射和凹凸映射等，可以進(jìn)一步增強(qiáng)圖形的真實(shí)感和細(xì)節(jié)表現(xiàn)。貼圖方法紋理映射與貼圖方法05動(dòng)畫(huà)與仿真技術(shù)REPORTING在動(dòng)畫(huà)序列中，定義對(duì)象狀態(tài)或?qū)傩灾档年P(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的幀?；陉P(guān)鍵幀之間的時(shí)間間隔和屬性值變化，采用線性、非線性等插值方法計(jì)算中間幀的屬性值。確定動(dòng)畫(huà)對(duì)象及屬性、設(shè)置關(guān)鍵幀及屬性值、選擇插值方法、計(jì)算并生成中間幀。廣泛應(yīng)用于電影、游戲、廣告等領(lǐng)域的角色動(dòng)畫(huà)、場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)等。關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)原理及實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵幀概念插值計(jì)算實(shí)現(xiàn)流程應(yīng)用領(lǐng)域過(guò)程動(dòng)畫(huà)原理通過(guò)模擬自然界或物理現(xiàn)象的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，生成具有真實(shí)感的動(dòng)畫(huà)效果。物理模擬技術(shù)基于物理學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型，對(duì)物體運(yùn)動(dòng)、碰撞、變形等過(guò)程進(jìn)行模擬。實(shí)現(xiàn)方法采用粒子系統(tǒng)、動(dòng)力學(xué)模擬、流體模擬等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)過(guò)程動(dòng)畫(huà)的生成。應(yīng)用場(chǎng)景適用于自然景象模擬（如水波、火焰）、物體運(yùn)動(dòng)仿真（如碰撞、dan跳）等場(chǎng)景。過(guò)程動(dòng)畫(huà)與物理模擬通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬出三維虛擬環(huán)境，使用戶沉浸其中并產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）涉及三維建模、實(shí)時(shí)渲染、交互技術(shù)、傳感器融合等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)手段。實(shí)現(xiàn)技術(shù)將虛擬信息疊加到現(xiàn)實(shí)世界中，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的增強(qiáng)和擴(kuò)展。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）廣泛應(yīng)用于游戲娛樂(lè)、教育培訓(xùn)、醫(yī)療診斷、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，為用戶提供更加豐富和真實(shí)的體驗(yàn)。應(yīng)用領(lǐng)域虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用06計(jì)算機(jī)圖形學(xué)前沿技術(shù)REPORTING深度學(xué)習(xí)模型應(yīng)用利用深度學(xué)習(xí)模型（如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN、生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)GAN等）進(jìn)行圖形生成，可大幅提高圖形生成的逼真度和效率。風(fēng)格遷移技術(shù)圖像修復(fù)與增強(qiáng)基于深度學(xué)習(xí)的圖形生成通過(guò)深度學(xué)習(xí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)格之間的遷移，如將一張普通照片轉(zhuǎn)化為卡通、油畫(huà)等風(fēng)格。深度學(xué)習(xí)可用于圖像修復(fù)（如去除噪點(diǎn)、填補(bǔ)缺失部分）和圖像增強(qiáng)（如提高分辨率、改善色彩等）。三維重建與立體視覺(jué)技術(shù)通過(guò)激光掃描、結(jié)構(gòu)光、立體視覺(jué)等技術(shù)獲取物體的三維數(shù)據(jù)，為后續(xù)的三維重建提供基礎(chǔ)。三維數(shù)據(jù)獲取基于獲取的三維數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法進(jìn)行三維模型的重建，可應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。三維模型重建研究如何更好地在計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ迷O(shè)備上實(shí)現(xiàn)三維模型的立體顯示，提高用戶的沉浸感和交互體驗(yàn)。立體顯示