计算机图形学全部知识点

1、文档编码 : CA5O10E7S2B9 HY2N3G5C1T9 ZZ6P4G8X8G7第一讲 1. 运算机图形学的争论内容什么是运算机图形学 . 1/2 什么是运算机图形学 . 2/2 什么是交互式运算机图形学 . 1/3 什么是交互式运算机图形学 . 2/3 什么是交互式运算机图形学 . 3/3 基本概念图形图形表示方法相关学科图像处理图像分析 2. 图形学进展历史运算机图形学的进展历史现代运算机图形学的进展硬件的对比现代运算机图形学的进展模型与渲染交互式图形学的概念框架图形库 3. 图形学应用领域图形学的应用设计信息显示仿真Virtual Reality 用户界面超媒 体用户界面4. 相关

2、学问软件兼容性和图形标准官方标准 APIs 的嵌入标准典型的图形系统好的图形需要什么 . （1/2 ）好的图形需要什么. 2/2 ACM SIGGRAPH会议资料查询作业其次讲数字图像基础 1. 基础概念 运算机图形系统例子：一个简洁程序（P23 code ）图形系统的概念框架 图形处理器 Render farms 光栅&像素 像素（Pixel ）着色第 1 页,共 13 页顶点 顶点（Vertex ）着色 扫描线 刷新频率 辨论率 例子纵 横比 2. 图形输入设备 输入设备 3D 输入设备图 形输入设备3. 图形输出设备 图形输出设备 硬拷贝设备 3D 图形设备 CRT 显示器彩 色CRTs

3、 局限 性 液晶显示器Liquid Crystal Displays LCDs 光栅显示 光栅显示器 内存映射显存（帧缓冲储备器）显存大小的运算 Avatar 引发的3D 浪潮（前 沿 三维电视 问题提出 3D 显示技术原理 技术手段？立体 显示技术分类问 题？MIT “第六感” 涉 及的技术 4. 图形文件 图形文件点阵图 形及其表示参数 图形及其表示作业第三讲 第四章 扫描转换 3.1 扫描转换直线直线 的扫描转换查找下一个像 素数字微分法（DDA）P35 DDA 算法第 2 页,共 13 页DDA 算法实例 DDA 算法 Bresenham 画线算法 竖直距离 Bresenham 画线算

4、法 Bresenham 算法实例 Bresenham 画线算法 3.2 圆的扫描转换 圆的扫描转换圆的扫描转换（正负法）圆的扫描转换（中点法）圆的扫描转换中点画圆 实例圆的扫描转换圆的扫描转换（Bresenham 算法）3.3 椭圆的扫描转换 椭圆的扫描转换 作业第四讲 第四章 1. 基本概念光栅图 形的基本概念多边 形的顶点表示多边 形的点阵表示多边 形的扫描转换2. 区 域填充四连通区域和八连通区域连通区域的种子填充算法 点阵表示的区域填充区域 的类型内部表示区域种子 填充算法边界表示区域种 子填充算法边界表示种子 填充算法演示3. 多边形的 扫描转换逐点判定算法扫描线算法连贯性概念：区域

5、,扫描线,边神奇点的处理算法的数据结构与实现 逐点判定算法逐点判定算 法中的神奇情形逐点判定 算法的不足相邻像素之间 的连贯性区域连贯性扫描线连贯性边的连贯性 神奇点第 3 页,共 13 页神奇点的分类 神奇点的处理多边 形扫描转换算法边 的数据结构边的数据结构实例 分类的边表ET 分类的边表实例 活性边表AEL活 性边表实例多边形 扫描转换算法多边 形扫描转换实例多 边形扫描转换矩形 填充 4. 多边形的扫描转换与区域填充的比较 多边形扫描转换与区域填充比较 5. 字符的扫描转换 字符的扫描转换位 图字体 BitBlt/RasterOp 1/3 BitBlt/RasterOp 2/3 Bit

6、Blt/RasterOp 3/3 轮廓字体 6. 反走样 走样走样现 象举例采样 和重构点的 采样反走样 提高辨论率 区域取样像 素移位 GeForce3 - Multisampling ATI Smoothvision 作业第五讲三维基础 1. 物体的几何表示线框模型物体 的几何表示线 框模型 2. 面模型多边形表示 面模型物体的多边形表示实例 物体的多边形表示多边形表示物体的主要来源 扫描重建与等值面多边形物体第 4 页,共 13 页多边形表示物体的主要来源多边形表示方法：OBJ 格 多边形表示的 OBJ 格式数据结 式三角形网格 构三角形网格表示的数据结构 半边结构Half-Edge S

7、tructure 半边结构的实例 关于半边结构多 边形表示的优势 多边形表示的不足 面模型多边形表示的大规模场景：草地 多边形表示的复杂物体：油轮 大规模网格模型：雕塑 3. 体模型实体 CSG 表示实体建模技术物体的 CSG 树表示 CSG 树表示的实例物体 CSG 树表示的分析实体 模型实体建模技术体素 造型布尔运算 Sweep 操作 面操作基于 模型特点参数建模4. 自然景物表示方法 分形理论）自然景物表示方法 分形举例：Koch 雪花曲线 海岸线问题 分形基于分形方法生成山基于分形 方法生成山：一维实例基于分 形方法生成山基于分形方法生 成山的实例 L- 系统：植物建模 L- 系统实例

8、 L- 系统实例的图示 基于L- 系统的植物建模实例 L- 系统：植物建模 基于L- 系统生成的花与树木 粒子系统粒子系统一般性描 述基于粒子系统的火焰与瀑 布自然景物造型在运算机中生成的复杂场景第 5 页,共 13 页第六讲 几何与坐标变换 图形变换 1. 二维变换基本变换 平移,旋转,缩放）齐次坐标表示其它变换（剪切,反射,复合）懂得2D 图形变换顶点（Vertex ）平移（Translation ）旋转Rotation ,关于原点（缩Scale ,关于原点 T,R,S 的组合变换 齐次坐标（P78）二维平移二维旋转 二维放缩剪切变 换Shear 对称 反射 变换 复合变换 实例P102三

9、维模型 变换：平移三维模 型变换：放缩三维 模型变换：旋转三 维模型变换 x 方向上3D 错切变 换课堂练习 2. 三维变换场景坐标系和造型变换（基本变换）视点坐标系和取景变换投影坐标系和投影变换屏幕坐标系和设备变换 三维变换的基本概念三 维变换流程图三维变换 中的各种坐标系场景坐 标系和模型变换三维模 型变换：平移三维模型 变换：放缩三维模型变 换：旋转三维模型变换 x 方向上3D 错切变 换视点坐标系和取景 变换视点坐标系的交 互建立投影坐标系和 投影变换投影变换的 基本概念投影分类平行投影 正平行投影 斜投影第 6 页,共 13 页透视投影关于透视投影点的透视变换 P77透视变换变换矩阵

10、的统一表示例题视域四棱锥裁剪规格化设备坐标和设备变换屏幕坐标系和视窗变换第七讲颜色与着色模型1. 光和颜色颜色颜色视觉常见的颜色模型CIE XYZ 颜色模型 CIE 色度图色度图 中纯色波长CIE 颜色空间CIE 颜色空间例题CIE 颜色模型的特点 CIE Lab 颜色模型 CIE Lab 颜色模型的特点 Photoshop 中的CIELab RGB 颜色模型RGB 颜色 模型的特点CMY 颜色模型RGB 模型和CMY 模型转换关系 HSV 颜色模型HSV 颜色模型的特点NTSC YIQ 颜色模型 YIQ 颜色模型 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 模型光照明模型的进一步完善 3. 插值着色法多边形物体的明暗处理（Shading ）Flat ShadingFlat Shading Gouraud Shading Phong Shading 课堂练习第 7 页,共 13 页第八讲裁剪算法1. 直线裁剪直接求交算法 Cohen-Sutherland 编码算法梁友栋-Barsky 算法图形裁剪点的裁剪直线的裁剪直接求交算法编码算法（P132）Cohen_Sutherland 算法端点分类Cohen_Sutherland 算法C_S 算法例题3D C_S 算法Cohen_Sutherland 算法Liang-Barsky 裁剪算

12、法（P135Liang-Barsky 裁剪算法例题Liang-Barsky 裁剪算法2. 多边形裁剪 Sutherland_Hodgman 算法（逐边裁剪算法）Weiler_Atherton 算法* （双边裁剪算法）多边形剪裁Sutherland-Hodgman 算法Weiler-Athenton 算法*3. 字符的裁剪字符裁剪课堂练习作业第九讲人机交互1. 用户界面（接口）概述用户界面的重要性几个问题实例1 实例2 UI 的重要性人机交互UI 的进展UI 的三元素2. 规律设备与输入把握方式规律设备与输入把握方式规律设备输入方式恳求方式大事方式大事类型第 8 页,共 13 页Callback

13、s GLUT callbacks GLUT Event Loop display callback 3. 交互式图形设计方法 基本交互技术基本交互技术定位基本交互技术笔划基本交互技术定值 基本交互技术挑选基本 交互技术字符串输入图 形交互技术 几何约束 引力场拖 动橡皮筋 技术操作 柄技术拾 取技术其他的交互技术 4.UI 设计用 户界面设计案例：Macintosh OS 的UI 设计 UI 评估及方法 界面评估清单 界面评估 5.UI 进展趋势 UI 的进展趋势 WIMP 的优势 WIMP 的劣势 WIMP GUI 的局限 性后-WIMP 接口 后-WIMP 特点 后-WIMP 世界 WIM

14、P GUI 从HCI 到HHI Human-Human Interaction 第十讲曲线与曲面一,曲线与曲面的表示方法显示表示法隐式表示参数形式特点分析什么是好的表示方法 . 显示表示 隐式表示 参数曲线参数直线第 9 页,共 13 页参数曲面参数平面法向量参数表示方法的优点曲线曲面拟合方法插值vs. 靠近曲线段参数连续性参数连续性&几何连续性二,常用曲线与曲面曲线曲面类型 Hermite Bezier B-spline 性能分析三次Hermite 曲线三次Hermite 曲线基函数基函数的作用三次Hermite 曲线的外形把握三次曲线Hermite 例子Bzier 曲线Bzier 曲线的应

15、用Bzier 曲线三次Bzier 曲线三次Bzier 曲线基函数Bernstein 基函数Bzier 曲线性质P183-184 Bzier 曲线分析Bezier 曲面双三次 Bezier 曲面双三次 Bzier 曲面实例Bzier 曲面性质Bzier曲面的不足B- 样条（B-Splines ）B- 样条曲线三次B- 样条曲线三次B- 样条曲线基函数B- 样条曲线的定义B- 样条基函数实例B- 样条曲线性质B- 样条曲面B- 样条曲面的重要性质B- 样条曲面实例B- 样条曲线曲面分析NURBS 引入NURBS 曲线的缘由NURBS 曲线第 10 页,共 13 页NURBS 曲线的权因子 NURB

16、S 曲线的例 子NURBS 曲线表 示圆NURBS 曲面 NURBS 曲面表示球 面三,曲线曲面的 绘制绘制曲线的主要方法直线近似 Bezier 曲线与曲面的递归细分方法其它多项式曲线如何转换成Bezier 多项式.deCasteljau 递推算法二次Bezier 曲线实现过程三次Bezier曲线实现过程四次Bezier 曲线实现过程四,OpenGL 中的曲线与曲 OpenGL 求值器 面如何绘制曲线与曲面争论 OpenGL 二次曲线 GLUT 二次曲线 GLU 二次曲线 OpenGL 支持什么.一维求值器设置一个求值器例子运算例子 Bezier 曲面 例子 Utah Teapot 用 线li

17、ne 绘制用四边形绘制匀称网格带光照的绘制二次曲面 GLUT 对象（P121）GLUT 抱负实体（P121）GLU 中的二次曲面对象定义一个圆柱体第十一运算机动画运算机动画 例1：物体静止,摄像机在运动 例2：摄像机静止,物体运动 动画形成的视觉原理运算机动画的主要两个类别运算机动画技术第 11 页,共 13 页1. 关键帧技术 关键帧技术例子 线性插值顶点线 性插值线性插值 的问题2. 样条驱 动技术样条曲线 插值样条驱动技 术例子样条驱动 动画技术 按参数采样与按弧长采样的对比 例子常用的曲线类型 Hermite 曲线 Bezier 曲线 Catmull-Rom 曲线 B-Spline /

18、 NURBS 曲线变形动画技术（Morphing ）Morphing 空间变形 二维多边形外形渐变 二维图像morphing 技术 实现 Morphing 的传统技术 图像 morphing 的过程 三维 morphing 技术动画演示 简洁的三维 Morphing 应用实例 4. 过程动画技术 例子动 画演示 粒子系统 应用例子泡沫,溅起的水花接受粒子系统生成 动画演示生成粒子系统某瞬时画面 的基本步骤5. 关节动画 例子可以用于关 节动物也可以用于无生命的物体以创建拟人成效 6. 正运动学方法 逆运动学方法 逆运动学的求解 动力学方法 7. 运动捕捉和运动重现 应用实例运动捕捉的三种技术运动重现（Motion Retargeting ）第 12 页,共 13 页把运动曲线应用于一个新的角色 动画演示演员和虚拟角 色的一样性运动