計算機圖形學全部知識點

1、文檔編碼 : CA5O10E7S2B9 HY2N3G5C1T9 ZZ6P4G8X8G7第一講 1. 運算機圖形學的爭論內(nèi)容什么是運算機圖形學 . 1/2 什么是運算機圖形學 . 2/2 什么是交互式運算機圖形學 . 1/3 什么是交互式運算機圖形學 . 2/3 什么是交互式運算機圖形學 . 3/3 基本概念圖形圖形表示方法相關(guān)學科圖像處理圖像分析 2. 圖形學進展歷史運算機圖形學的進展歷史現(xiàn)代運算機圖形學的進展硬件的對比現(xiàn)代運算機圖形學的進展模型與渲染交互式圖形學的概念框架圖形庫 3. 圖形學應(yīng)用領(lǐng)域圖形學的應(yīng)用設(shè)計信息顯示仿真Virtual Reality 用戶界面超媒 體用戶界面4. 相關(guān)

2、學問軟件兼容性和圖形標準官方標準 APIs 的嵌入標準典型的圖形系統(tǒng)好的圖形需要什么 . （1/2 ）好的圖形需要什么. 2/2 ACM SIGGRAPH會議資料查詢作業(yè)其次講數(shù)字圖像基礎(chǔ) 1. 基礎(chǔ)概念 運算機圖形系統(tǒng)例子：一個簡潔程序（P23 code ）圖形系統(tǒng)的概念框架 圖形處理器 Render farms 光柵&像素 像素（Pixel ）著色第 1 頁,共 13 頁頂點 頂點（Vertex ）著色 掃描線 刷新頻率 辨論率 例子縱 橫比 2. 圖形輸入設(shè)備 輸入設(shè)備 3D 輸入設(shè)備圖 形輸入設(shè)備3. 圖形輸出設(shè)備 圖形輸出設(shè)備 硬拷貝設(shè)備 3D 圖形設(shè)備 CRT 顯示器彩 色CRTs

3、 局限 性 液晶顯示器Liquid Crystal Displays LCDs 光柵顯示 光柵顯示器 內(nèi)存映射顯存（幀緩沖儲備器）顯存大小的運算 Avatar 引發(fā)的3D 浪潮（前 沿 三維電視 問題提出 3D 顯示技術(shù)原理 技術(shù)手段？立體 顯示技術(shù)分類問 題？MIT “第六感” 涉 及的技術(shù) 4. 圖形文件 圖形文件點陣圖 形及其表示參數(shù) 圖形及其表示作業(yè)第三講 第四章 掃描轉(zhuǎn)換 3.1 掃描轉(zhuǎn)換直線直線 的掃描轉(zhuǎn)換查找下一個像 素數(shù)字微分法（DDA）P35 DDA 算法第 2 頁,共 13 頁DDA 算法實例 DDA 算法 Bresenham 畫線算法 豎直距離 Bresenham 畫線算

4、法 Bresenham 算法實例 Bresenham 畫線算法 3.2 圓的掃描轉(zhuǎn)換 圓的掃描轉(zhuǎn)換圓的掃描轉(zhuǎn)換（正負法）圓的掃描轉(zhuǎn)換（中點法）圓的掃描轉(zhuǎn)換中點畫圓 實例圓的掃描轉(zhuǎn)換圓的掃描轉(zhuǎn)換（Bresenham 算法）3.3 橢圓的掃描轉(zhuǎn)換 橢圓的掃描轉(zhuǎn)換 作業(yè)第四講 第四章 1. 基本概念光柵圖 形的基本概念多邊 形的頂點表示多邊 形的點陣表示多邊 形的掃描轉(zhuǎn)換2. 區(qū) 域填充四連通區(qū)域和八連通區(qū)域連通區(qū)域的種子填充算法 點陣表示的區(qū)域填充區(qū)域 的類型內(nèi)部表示區(qū)域種子 填充算法邊界表示區(qū)域種 子填充算法邊界表示種子 填充算法演示3. 多邊形的 掃描轉(zhuǎn)換逐點判定算法掃描線算法連貫性概念：區(qū)域

5、,掃描線,邊神奇點的處理算法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與實現(xiàn) 逐點判定算法逐點判定算 法中的神奇情形逐點判定 算法的不足相鄰像素之間 的連貫性區(qū)域連貫性掃描線連貫性邊的連貫性 神奇點第 3 頁,共 13 頁神奇點的分類 神奇點的處理多邊 形掃描轉(zhuǎn)換算法邊 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)邊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實例 分類的邊表ET 分類的邊表實例 活性邊表AEL活 性邊表實例多邊形 掃描轉(zhuǎn)換算法多邊 形掃描轉(zhuǎn)換實例多 邊形掃描轉(zhuǎn)換矩形 填充 4. 多邊形的掃描轉(zhuǎn)換與區(qū)域填充的比較 多邊形掃描轉(zhuǎn)換與區(qū)域填充比較 5. 字符的掃描轉(zhuǎn)換 字符的掃描轉(zhuǎn)換位 圖字體 BitBlt/RasterOp 1/3 BitBlt/RasterOp 2/3 Bit

6、Blt/RasterOp 3/3 輪廓字體 6. 反走樣 走樣走樣現(xiàn) 象舉例采樣 和重構(gòu)點的 采樣反走樣 提高辨論率 區(qū)域取樣像 素移位 GeForce3 - Multisampling ATI Smoothvision 作業(yè)第五講三維基礎(chǔ) 1. 物體的幾何表示線框模型物體 的幾何表示線 框模型 2. 面模型多邊形表示 面模型物體的多邊形表示實例 物體的多邊形表示多邊形表示物體的主要來源 掃描重建與等值面多邊形物體第 4 頁,共 13 頁多邊形表示物體的主要來源多邊形表示方法：OBJ 格 多邊形表示的 OBJ 格式數(shù)據(jù)結(jié) 式三角形網(wǎng)格 構(gòu)三角形網(wǎng)格表示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 半邊結(jié)構(gòu)Half-Edge S

7、tructure 半邊結(jié)構(gòu)的實例 關(guān)于半邊結(jié)構(gòu)多 邊形表示的優(yōu)勢 多邊形表示的不足 面模型多邊形表示的大規(guī)模場景：草地 多邊形表示的復(fù)雜物體：油輪 大規(guī)模網(wǎng)格模型：雕塑 3. 體模型實體 CSG 表示實體建模技術(shù)物體的 CSG 樹表示 CSG 樹表示的實例物體 CSG 樹表示的分析實體 模型實體建模技術(shù)體素 造型布爾運算 Sweep 操作 面操作基于 模型特點參數(shù)建模4. 自然景物表示方法 分形理論）自然景物表示方法 分形舉例：Koch 雪花曲線 海岸線問題 分形基于分形方法生成山基于分形 方法生成山：一維實例基于分 形方法生成山基于分形方法生 成山的實例 L- 系統(tǒng)：植物建模 L- 系統(tǒng)實例

8、 L- 系統(tǒng)實例的圖示 基于L- 系統(tǒng)的植物建模實例 L- 系統(tǒng)：植物建模 基于L- 系統(tǒng)生成的花與樹木 粒子系統(tǒng)粒子系統(tǒng)一般性描 述基于粒子系統(tǒng)的火焰與瀑 布自然景物造型在運算機中生成的復(fù)雜場景第 5 頁,共 13 頁第六講 幾何與坐標變換 圖形變換 1. 二維變換基本變換 平移,旋轉(zhuǎn),縮放）齊次坐標表示其它變換（剪切,反射,復(fù)合）懂得2D 圖形變換頂點（Vertex ）平移（Translation ）旋轉(zhuǎn)Rotation ,關(guān)于原點（縮Scale ,關(guān)于原點 T,R,S 的組合變換 齊次坐標（P78）二維平移二維旋轉(zhuǎn) 二維放縮剪切變 換Shear 對稱 反射 變換 復(fù)合變換 實例P102三

9、維模型 變換：平移三維模 型變換：放縮三維 模型變換：旋轉(zhuǎn)三 維模型變換 x 方向上3D 錯切變 換課堂練習 2. 三維變換場景坐標系和造型變換（基本變換）視點坐標系和取景變換投影坐標系和投影變換屏幕坐標系和設(shè)備變換 三維變換的基本概念三 維變換流程圖三維變換 中的各種坐標系場景坐 標系和模型變換三維模 型變換：平移三維模型 變換：放縮三維模型變 換：旋轉(zhuǎn)三維模型變換 x 方向上3D 錯切變 換視點坐標系和取景 變換視點坐標系的交 互建立投影坐標系和 投影變換投影變換的 基本概念投影分類平行投影 正平行投影 斜投影第 6 頁,共 13 頁透視投影關(guān)于透視投影點的透視變換 P77透視變換變換矩陣

10、的統(tǒng)一表示例題視域四棱錐裁剪規(guī)格化設(shè)備坐標和設(shè)備變換屏幕坐標系和視窗變換第七講顏色與著色模型1. 光和顏色顏色顏色視覺常見的顏色模型CIE XYZ 顏色模型 CIE 色度圖色度圖 中純色波長CIE 顏色空間CIE 顏色空間例題CIE 顏色模型的特點 CIE Lab 顏色模型 CIE Lab 顏色模型的特點 Photoshop 中的CIELab RGB 顏色模型RGB 顏色 模型的特點CMY 顏色模型RGB 模型和CMY 模型轉(zhuǎn)換關(guān)系 HSV 顏色模型HSV 顏色模型的特點NTSC YIQ 顏色模型 YIQ 顏色模型 2. 光照明模型光照明模型泛光模型Lambert 漫反射模型 Phong 模型

11、 Whitted 模型光照明模型的進一步完善 3. 插值著色法多邊形物體的明暗處理（Shading ）Flat ShadingFlat Shading Gouraud Shading Phong Shading 課堂練習第 7 頁,共 13 頁第八講裁剪算法1. 直線裁剪直接求交算法 Cohen-Sutherland 編碼算法梁友棟-Barsky 算法圖形裁剪點的裁剪直線的裁剪直接求交算法編碼算法（P132）Cohen_Sutherland 算法端點分類Cohen_Sutherland 算法C_S 算法例題3D C_S 算法Cohen_Sutherland 算法Liang-Barsky 裁剪算

12、法（P135Liang-Barsky 裁剪算法例題Liang-Barsky 裁剪算法2. 多邊形裁剪 Sutherland_Hodgman 算法（逐邊裁剪算法）Weiler_Atherton 算法* （雙邊裁剪算法）多邊形剪裁Sutherland-Hodgman 算法Weiler-Athenton 算法*3. 字符的裁剪字符裁剪課堂練習作業(yè)第九講人機交互1. 用戶界面（接口）概述用戶界面的重要性幾個問題實例1 實例2 UI 的重要性人機交互UI 的進展UI 的三元素2. 規(guī)律設(shè)備與輸入把握方式規(guī)律設(shè)備與輸入把握方式規(guī)律設(shè)備輸入方式懇求方式大事方式大事類型第 8 頁,共 13 頁Callback

13、s GLUT callbacks GLUT Event Loop display callback 3. 交互式圖形設(shè)計方法 基本交互技術(shù)基本交互技術(shù)定位基本交互技術(shù)筆劃基本交互技術(shù)定值 基本交互技術(shù)挑選基本 交互技術(shù)字符串輸入圖 形交互技術(shù) 幾何約束 引力場拖 動橡皮筋 技術(shù)操作 柄技術(shù)拾 取技術(shù)其他的交互技術(shù) 4.UI 設(shè)計用 戶界面設(shè)計案例：Macintosh OS 的UI 設(shè)計 UI 評估及方法 界面評估清單 界面評估 5.UI 進展趨勢 UI 的進展趨勢 WIMP 的優(yōu)勢 WIMP 的劣勢 WIMP GUI 的局限 性后-WIMP 接口 后-WIMP 特點 后-WIMP 世界 WIM

14、P GUI 從HCI 到HHI Human-Human Interaction 第十講曲線與曲面一,曲線與曲面的表示方法顯示表示法隱式表示參數(shù)形式特點分析什么是好的表示方法 . 顯示表示 隱式表示 參數(shù)曲線參數(shù)直線第 9 頁,共 13 頁參數(shù)曲面參數(shù)平面法向量參數(shù)表示方法的優(yōu)點曲線曲面擬合方法插值vs. 靠近曲線段參數(shù)連續(xù)性參數(shù)連續(xù)性&幾何連續(xù)性二,常用曲線與曲面曲線曲面類型 Hermite Bezier B-spline 性能分析三次Hermite 曲線三次Hermite 曲線基函數(shù)基函數(shù)的作用三次Hermite 曲線的外形把握三次曲線Hermite 例子Bzier 曲線Bzier 曲線的應(yīng)

15、用Bzier 曲線三次Bzier 曲線三次Bzier 曲線基函數(shù)Bernstein 基函數(shù)Bzier 曲線性質(zhì)P183-184 Bzier 曲線分析Bezier 曲面雙三次 Bezier 曲面雙三次 Bzier 曲面實例Bzier 曲面性質(zhì)Bzier曲面的不足B- 樣條（B-Splines ）B- 樣條曲線三次B- 樣條曲線三次B- 樣條曲線基函數(shù)B- 樣條曲線的定義B- 樣條基函數(shù)實例B- 樣條曲線性質(zhì)B- 樣條曲面B- 樣條曲面的重要性質(zhì)B- 樣條曲面實例B- 樣條曲線曲面分析NURBS 引入NURBS 曲線的緣由NURBS 曲線第 10 頁,共 13 頁NURBS 曲線的權(quán)因子 NURB

16、S 曲線的例 子NURBS 曲線表 示圓NURBS 曲面 NURBS 曲面表示球 面三,曲線曲面的 繪制繪制曲線的主要方法直線近似 Bezier 曲線與曲面的遞歸細分方法其它多項式曲線如何轉(zhuǎn)換成Bezier 多項式.deCasteljau 遞推算法二次Bezier 曲線實現(xiàn)過程三次Bezier曲線實現(xiàn)過程四次Bezier 曲線實現(xiàn)過程四,OpenGL 中的曲線與曲 OpenGL 求值器 面如何繪制曲線與曲面爭論 OpenGL 二次曲線 GLUT 二次曲線 GLU 二次曲線 OpenGL 支持什么.一維求值器設(shè)置一個求值器例子運算例子 Bezier 曲面 例子 Utah Teapot 用 線li

17、ne 繪制用四邊形繪制勻稱網(wǎng)格帶光照的繪制二次曲面 GLUT 對象（P121）GLUT 抱負實體（P121）GLU 中的二次曲面對象定義一個圓柱體第十一運算機動畫運算機動畫 例1：物體靜止,攝像機在運動 例2：攝像機靜止,物體運動 動畫形成的視覺原理運算機動畫的主要兩個類別運算機動畫技術(shù)第 11 頁,共 13 頁1. 關(guān)鍵幀技術(shù) 關(guān)鍵幀技術(shù)例子 線性插值頂點線 性插值線性插值 的問題2. 樣條驅(qū) 動技術(shù)樣條曲線 插值樣條驅(qū)動技 術(shù)例子樣條驅(qū)動 動畫技術(shù) 按參數(shù)采樣與按弧長采樣的對比 例子常用的曲線類型 Hermite 曲線 Bezier 曲線 Catmull-Rom 曲線 B-Spline /

18、 NURBS 曲線變形動畫技術(shù)（Morphing ）Morphing 空間變形 二維多邊形外形漸變 二維圖像morphing 技術(shù) 實現(xiàn) Morphing 的傳統(tǒng)技術(shù) 圖像 morphing 的過程 三維 morphing 技術(shù)動畫演示 簡潔的三維 Morphing 應(yīng)用實例 4. 過程動畫技術(shù) 例子動 畫演示 粒子系統(tǒng) 應(yīng)用例子泡沫,濺起的水花接受粒子系統(tǒng)生成 動畫演示生成粒子系統(tǒng)某瞬時畫面 的基本步驟5. 關(guān)節(jié)動畫 例子可以用于關(guān) 節(jié)動物也可以用于無生命的物體以創(chuàng)建擬人成效 6. 正運動學方法 逆運動學方法 逆運動學的求解 動力學方法 7. 運動捕捉和運動重現(xiàn) 應(yīng)用實例運動捕捉的三種技術(shù)運動重現(xiàn)（Motion Retargeting ）第 12 頁,共 13 頁把運動曲線應(yīng)用于一個新的角色 動畫演示演員和虛擬角 色的一樣性運動