《d游戲設(shè)計(jì)》-計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)課件

網(wǎng)絡(luò)游戲開發(fā)

——DirectX第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)游戲開發(fā)

——DirectX第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)3D圖形學(xué)概述向量矩陣向量矩陣向量運(yùn)算矩陣運(yùn)算熟悉3D圖形學(xué)基礎(chǔ)知識掌握向量的概念及運(yùn)算掌握矩陣的概念及運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)3D圖形學(xué)概述向量向量運(yùn)算熟悉1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備來輸入、表示、變換、運(yùn)算和輸出圖形的原理、算法及系統(tǒng)的一門學(xué)科。圖形學(xué)的概念圖形通常是由點(diǎn)、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。在計(jì)算機(jī)中表示圖形最常用的是點(diǎn)陣法。圖形的概念圖形一般指用計(jì)算機(jī)繪制的畫面；圖像則是由輸入設(shè)備捕捉的實(shí)際場景畫面或以數(shù)字化形式存儲的任意畫面。圖形與圖像的區(qū)別1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)里，圖像文件主要分為2類：由排列成行列的像素點(diǎn)（pixel）組成，能真實(shí)地記錄圖像中每個(gè)像素的顏色和特征。位圖（點(diǎn)陣圖）圖像文件中只記錄生成圖的算法和圖上的某些特征點(diǎn)。向量圖（矢量圖）1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)里，1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)實(shí)際應(yīng)用中，常見的圖像文件存儲格式有7種：PCXBMP和DIBGIFTIFFJPG和PICPCDTGA1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)實(shí)際應(yīng)用中1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.2計(jì)算機(jī)圖形顯示設(shè)備第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)目前，主流的計(jì)算機(jī)圖形顯示設(shè)備有3種：CRT顯示器是基于陰極射線管（CathodeRayTube）的顯示器。CRT1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)目前，主流1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.2計(jì)算機(jī)圖形顯示設(shè)備第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)LCD顯示器是近來顯示器的主流，它的工作原理是利用電場產(chǎn)生液晶分子的偏轉(zhuǎn)，從而顯示不同的像素點(diǎn)。LCD1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)LCD顯示1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.2計(jì)算機(jī)圖形顯示設(shè)備第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)等離子顯示器是一種利用氣體放電的顯示裝置，這種屏幕采用了等離子管作為發(fā)光組件。PDP1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)等離子顯示1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.3計(jì)算機(jī)圖形處理器第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)圖形處理器是圖形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要組件，是連接計(jì)算機(jī)和顯示終端的紐帶。1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)圖形處理器1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.3計(jì)算機(jī)圖形處理器第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)圖形處理器是圖形處理系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分，也就是常說的顯卡。1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)圖形處理器1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.4顯卡發(fā)展史第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)顯卡的發(fā)展可以分為5個(gè)階段。2D顯卡時(shí)代民用顯卡的起源可以追溯到上個(gè)世紀(jì)80年代。這個(gè)階段顯卡規(guī)格主要是VGA（VideoGraphicsArray）。1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)顯卡的發(fā)展1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.4顯卡發(fā)展史第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)3Dfx3Dfx公司推出的Voodoo顯卡是業(yè)界的第一塊真正意義的3D圖形加速卡。NVIDIAVoodoo系列顯卡逐漸被NVIDIA的顯卡系列所替代。1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)3Dfx31.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.1.4顯卡發(fā)展史第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)NVIDIA與ATINVIDIA的Geforce系列與ATI公司的Radeon系列顯卡。PCI－EPCI－E接口規(guī)格的顯卡接口出現(xiàn)，開始逐漸替代AGP接口規(guī)格的顯卡1.1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)NVIDI1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.1向量1.向量的概念第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)向量是一類既有大小，又有方向的量；標(biāo)量只有大小，沒有方向。幾何上，用帶有箭頭的線段表示向量。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.1向量1.向量的概念第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)在參照系中，為確定空間中一點(diǎn)的位置，按規(guī)定方法選取的有次序的一組數(shù)，叫做“坐標(biāo)”。在某一問題中規(guī)定坐標(biāo)的方法，就是該問題所用的坐標(biāo)系。常用的坐標(biāo)系是笛卡爾直角坐標(biāo)系。坐標(biāo)系的概念1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.1向量1.向量的概念第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)為了表示向量，可以將向量進(jìn)行平移，向量的尾部移到坐標(biāo)原點(diǎn)，此時(shí)，向量處于標(biāo)準(zhǔn)位置，可以用向量頭部的位置來表示向量。向量有大小和方向，點(diǎn)只有大小，沒有方向。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.1向量1.向量的概念第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)特殊向量在三維向量中有4個(gè)特殊的向量。第一個(gè)稱之為零向量，它的所有分量都是0。另外3個(gè)特殊的向量也被認(rèn)為是3個(gè)基本向量，這些向量，被稱為i、j和k，分別沿著坐標(biāo)系中x軸、y軸和z軸伸展，每個(gè)向量都有分量：i=（1,0,0）,j=（0,1,0）和k=（0,0,1）.1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.1向量2.向量的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)向量相等幾何上，如果兩個(gè)向量在標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中的位置相同并且擁有相同的分量，那么這兩個(gè)向量就相等。在代數(shù)上描述為：如果兩個(gè)向量擁有相同的尺寸并且擁有相等的分量，那么它們相等。向量求模向量的?？梢岳斫鉃楸硎鞠蛄康闹本€段的長度。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.1向量2.向量的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)單位向量向量的模為1的向量稱為單位向量。向量加法維數(shù)相同的兩個(gè)向量才能進(jìn)行向量加法，向量加法滿足平行四邊形或三角形法則。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.1向量2.向量的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)向量加法向量的加法滿足如下性質(zhì)：1）交換律：a+b=b+a；2）結(jié)合律：（a+b）+c＝a+（b+c）；3）a+0=0+a=a；4）a+（-a）=（-a）+a=0。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.1向量2.向量的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)向量減法向量減法可以看作是向量加法的逆運(yùn)算。向量減法可以按照三角形法則進(jìn)行判斷。向量數(shù)乘標(biāo)量與向量相乘稱為向量的數(shù)乘。

向量數(shù)乘有以下性質(zhì)：1）1?u=u；2）k?（l?u）=(k?l)?u；3）(k+l)?u=ku+lu；4）k（u＋v）=ku＋kv；1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.1向量2.向量的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)向量點(diǎn)乘通過向量點(diǎn)乘的結(jié)果可以判斷兩個(gè)向量的關(guān)系：如果=0，那么向量相互垂直；如果>0，那么向量u、v之間的夾角小于90°；如果<0，那么向量u、v之間的夾角大于90°。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.1向量2.向量的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)向量投影給定兩個(gè)向量v與n，可以把向量v分解為兩個(gè)向量vx，vy，它們分別平行和垂直于向量n，把平行于向量n的向量vx稱為向量v在向量n上的投影。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.1向量2.向量的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)向量叉乘叉乘，也叫向量的外積、向量積，叉乘的結(jié)果是一個(gè)向量。u和v進(jìn)行叉乘后得到另一個(gè)向量p，向量p同時(shí)垂直于u、v。向量的叉乘有如下性質(zhì)：1）反對稱性：u×v＝－v×u；2）齊次性：（ku）×v＝k（u×v）；3）可加性：u×（v×r）＝u×v＋u×r。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.2矩陣1.矩陣的概念第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)由數(shù)域P中mn個(gè)數(shù)排成m行n列的矩形表A稱為一個(gè)m×n矩陣，記作Am×n當(dāng)m和n相等時(shí)，A稱為一個(gè)n階方陣。零矩陣所有元素均為零的矩陣。單位矩陣主對角元素全為1，其余元素均為0的方陣，通常用I表示。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.2矩陣2.矩陣的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)如果兩個(gè)矩陣具有相同的維數(shù)并且它們的元素都相等，則這兩個(gè)矩陣相等。矩陣相等矩陣加法矩陣加法只可以在兩個(gè)相同維數(shù)的矩陣之間進(jìn)行。矩陣的和就是兩個(gè)矩陣的對應(yīng)元素相加的和組成的矩陣。矩陣加法有如下性質(zhì)：1）交換律：A+B=B+A；2）結(jié)合律：A+（B+C）=（A+B）+C；3）存在與A同型的零矩陣0，使得0+A=A+0=A；4）A+（-A）=0，-A稱為A的負(fù)矩陣。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.2矩陣2.矩陣的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)矩陣減法只能在兩個(gè)相同維數(shù)的矩陣之間進(jìn)行。矩陣減法矩陣數(shù)乘矩陣與一個(gè)標(biāo)量（或數(shù)量）相乘稱為矩陣的數(shù)乘，對矩陣進(jìn)行數(shù)乘時(shí)就是對矩陣中的所有元素都乘以某個(gè)數(shù)字。假設(shè)A，B是兩個(gè)同型矩陣，k，l是兩個(gè)標(biāo)量，則有如下性質(zhì)：1）1?A=A，0?A=0；2）（k+l）A=kA+lA；3）k（lA）=l（kA）=（kl）A；4）k（A+B）=kA+kB；1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.2矩陣2.矩陣的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)為了計(jì)算AB的矩陣乘法，矩陣A的列數(shù)需要和矩陣B的行數(shù)相等。矩陣乘法如果A是一個(gè)m×n的矩陣并且B是一個(gè)n×p的矩陣，矩陣乘法的結(jié)果將會是一個(gè)m×p的矩陣C，記作C=A×B。在矩陣C中第ij個(gè)元素將會是A中第i個(gè)行向量和B中的第個(gè)j個(gè)列向量的點(diǎn)乘的結(jié)果。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.2矩陣2.矩陣的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)矩陣乘法假定有矩陣A、B、C滿足矩陣乘法，則矩陣乘法有如下性質(zhì)：1）結(jié)合律：（AB）C=A（BC）；2）分配律：A（B+C）=AB+AC，（B+C）A=BA+CA；3）存在單位陣Im與In，使得：ImAm×n=AIn=A；4）對于標(biāo)量k，有k（AB）=A（kB）=（kA）B。1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.2矩陣2.矩陣的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)矩陣的轉(zhuǎn)置指交換矩陣的行和列。矩陣轉(zhuǎn)置轉(zhuǎn)置矩陣具有如下性質(zhì)：1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述1.2.2矩陣2.矩陣的運(yùn)算第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)矩陣運(yùn)算中沒有除法運(yùn)算，只有逆矩陣的運(yùn)算。逆矩陣1）只有方形的矩陣可以有逆矩陣。2）一個(gè)n×n的矩陣M的逆矩陣表示為M-1。3）將一個(gè)矩陣和它的逆矩陣相乘的結(jié)果是一個(gè)單位矩陣。4）并不是所有的方陣都有逆矩陣。5）反序律：6）還原性：1.2線性代數(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概述第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基

小結(jié)（理論課）第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)本節(jié)主要介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)的知識:3D圖形學(xué)概述向量和相關(guān)計(jì)算矩陣和相關(guān)計(jì)算小結(jié)（理論課）第1章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)本節(jié)主要介紹計(jì)算機(jī)圖小測驗(yàn)（題目部分）第