计算机图形学全部知识点.pdf

什么是计算机图形学(1/2)什么是计算机图形学(2/2)什么是交互式计算机图形学(1/3)什么是交互式计算机图形学(2/3)什么是交互式计算机图形学(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.图形学发展历史 计算机图形学的发展历史 现代计算机图形学的发展 硬件的对比 现代计算机图形学的发展 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.相关知识 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 第二讲 数字图像基础 1.基础概念 计算机图形系统 例子：一个简单程序（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 顶点 顶点（Vertex）着色 扫描线 刷新频率 分辨率 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 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（帧缓冲存储器）显存大小的计算 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 扫描转换直线 直线的扫描转换 寻找下一个像素 数字微分法（DDA）P35 DDA 算法 DDA 算法实例 DDA 算法 Bresenham 画线算法 竖直距离 Bresenham 画线算法 Bresenham 算法实例 Bresenham 画线算法 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）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 逐点判断算法 扫描线算法 连贯性概念：区域、扫描线、边 奇异点的处理 算法的数据结构与实现 逐点判断算法 逐点判断算法中的奇异情况 逐点判断算法的不足 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 奇异点 奇异点的分类 奇异点的处理 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)BitBlt/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 提高分辨率 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 多边形表示物体的主要来源 多边形表示方法：OBJ 格式 多边形表示的 OBJ 格式数据结构 三角形网格 三角形网格表示的数据结构 半边结构(Half-Edge Structure)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 基于模型特征 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 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 在计算机中生成的复杂场景 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）理解 2D 图形变换 顶点（Vertex）平移（Translation）旋转（Rotation，关于原点)缩放（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 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 色彩视觉 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 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 Shading Flat Shading Gouraud Shading Phong Shading 课堂练习 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 裁剪算法（P135)Liang-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 的发展 UI 的三元素 2.逻辑设备与输入控制方式 逻辑设备与输入控制方式 逻辑设备 输入方式 请求方式 事件方式 事件类型 Callbacks 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 基本交互技术选择 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 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 发展趋势 UI 的发展趋势 WIMP 的优势 WIMP 的劣势 WIMP GUI 的局限性 后-WIMP 接口 后-WIMP 特征 后-WIMP 世界 WIMP 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 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.逼近 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 曲线的形状控制 三次 Hermite 曲线 例子 Bzier 曲线 Bzier 曲线的应用 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 曲线的原因 NURBS 曲线 NURBS 曲线的权因子 NURBS 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 前向差分 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 中的曲线与曲面 OpenGL 求值器 如何绘制曲线与曲面 讨论 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 计算 例子 Bezier 曲面 例子 Utah Teapot 用线(line)绘制 用四边形绘制 均匀网格 带光照的绘制 二次曲面 GLUT 对象（P121）GLUT 理想实体（P121）GLU 中的二次曲面对象 定义一个圆柱体 第十一 计算机动画 计算机动画 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 计算机动画的主要两个类别 计算机动画技术 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/NURBS 曲线 变形动画技术（Morphing）Morphing 空间变形 二维多边形形状渐变 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 简单的三维 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、溅起的水花采用粒子系统生成 动画演示 生成粒子系统某瞬间画面的基本步骤 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效果 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.运动捕获和运动重现 应用实例 运动捕获的三种技术 运动重现（Motion Retargeting）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致性 运动模糊 应用例子 动画演示 第十二 图形软件支撑平台 1.常用图形支撑软件简介 常用图形支撑软件简介 OpenGL 简介 DirectX 简介 DirectX 结构 基于场景图的图形开发工具 面向 VR 应用的图形开发工具 2.网络图形开发 VRML/X3D 简介 Java3D 简介 3.计算机动画软件 二维动画软件 Flash 动画 例子 Flash 动画制作软件 Macromedia Flash 三维动画软件 Maya 3DS Max Softimage FX Lightwave 3D Blender（开源动画软件）RenderMan 动画的后期处理