计算机图形学知识要点精选文档.ppt

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1、计算机图形学知识要点本讲稿第一页，共三十七页第一章 绪论l基本概念l图形及其要素、表示法；图像；lOpenGL等图形标准；l主要的图形输入和输出设备；l计算机图形学的应用领域；l当前计算机图形学的研究热点；本讲稿第二页，共三十七页第二章 图形设备l输入设备l光笔、鼠标、键盘、触摸屏、跟踪球、操纵杆、数据手套、数字化仪、扫描仪、音频和视频输入系统；l输出设备l阴极射线管(CRT)：光栅扫描图形显示器；l平板显示器，液晶显示器、等离子显示器等；l基本概念l光点、像素、帧缓存（frame buffer）、位平面；三种分辨率（屏幕、显示、存储）；l黑白、灰度、彩色图形的实现方法（直接存储颜色数据、颜色

2、查找表）；l光栅图形显示子系统的结构本讲稿第三页，共三十七页第四章 图形的表示与数据结构l1、基本概念l几何元素的六层拓扑结构：形体、外壳、面、环、边（顶点）、点的几何坐标；l图形的几何信息和拓扑信息；l实体的正则集定义：l点的邻域、内点、边界点l点集的正则运算及其几何意义；正则点集；l二维流形l实体l正则集合运算：分类函数、正则集合算子及其几何意义；本讲稿第四页，共三十七页l2、规则三维形体的表示l形体表示的分类l线框模型l缺点l表面模型l多边形表，拓扑信息：显示和隐式表示l平面方程l多边形网格l实体模型l分解表示、构造表示、边界表示本讲稿第五页，共三十七页l实体的分解表示l空间位置枚举；l

3、八叉树：对空间的分割方法以及相应的数据结构表示；改进后的线性八叉树的编码方法；l单元分解法；l三种分解表示方法之间的比较本讲稿第六页，共三十七页l实体的构造表示l扫描表示：平移、旋转、三维、广义扫描表示；扫描表示的优缺点l构造实体几何表示（Constructive Solid Geometry，CSG）：定义；表示结果（一颗有序二叉树）；结果不唯一；优缺点；l特征表示：使用特征参数表示类似的物体；本讲稿第七页，共三十七页l实体的边界表示l数据结构分别以面、点、边为基础的数据结构；翼边数据结构；半边结构；本讲稿第八页，共三十七页l3、不规则形体的表示l分形几何：基本特征无限的自相似性l粒子系统：

4、擅长模拟具有“流体”性质和状态随时间变化的物体。本讲稿第九页，共三十七页第五章 基本图形的生成算法l1、直线段的光栅化lDDA算法（数值微分方法）l算法原理：是一种增量算法，按照斜率k1和01和0k1，由于下一个可能的光栅化像素点为二者选其一，因此，可以根据两个像素点中点的坐标取值和直线相应的坐标取值进行比较，进而判断下一个像素点的选取。l算法的基本判别式和增量判别式的构造、算法的描述（流程图或者伪代码）；l改进的Bresenham算法的原理，判别式以及算法描述；本讲稿第十页，共三十七页l2、圆的光栅化生成（八分法）l中点画线法l算法原理：l基本判别式的形式：d=(x+1)2+(y-0.5)2

5、 R 2增量判别式（根据上一个d的取值不同而采用不同的增量判别式）l算法描述：包括初始值、增量判别式等的描述；p p（x,yx,y）p1p1（x x1,y1,y）p2p2（x x1,y1,y1 1）M(x+1,y-0.5)M(x+1,y-0.5)本讲稿第十一页，共三十七页lBresenham算法绘制圆弧l基本原理l误差判据：像素点到圆心的距离平方与半径平方之差；l一般关系式取值对应的几何意义，即和下一个像素的对应关系；本讲稿第十二页，共三十七页l3、椭圆的光栅化方法l中点法：l基本原理l判别式的构造方法；l根据椭圆弧法向量的取值变化，分成两个区域进行判断，两个区域中，上一个判别式的取值和下一个

6、像素点选取之间的关系；本讲稿第十三页，共三十七页l4、多边形的扫描转换l多边形的扫描转换：顶点表示点阵表示；l逐点判断法：射线法、累计角度法、编码法等lX-扫描线算法l算法原理：求交、排序、交点配对、区间填色；l交点的取整规则l特殊交点的处理（0，2，1）l活性边表算法本讲稿第十四页，共三十七页l活性边表算法l基本概念：活性边、扫描线的连贯性、多边形边的连贯性；l算法的基本原理；l算法的数据结构：（新）边表、活性边表；l算法的执行过程：特别是活性边表在算法执行过程中的变化规律。本讲稿第十五页，共三十七页l边缘填充算法l基本思想l优缺点l栅栏填充算法l基本思想l优缺点l边标志法l基本思想l与活性

7、边表算法的比较本讲稿第十六页，共三十七页l5、区域填充l基本概念l区域填充算法和扫描线算法的区别l区域的定义和表示（边界表示和内点表示、4连通和8连通等）l种子填充算法l算法思想l主要数据结构l算法的主要步骤l优缺点l扫描线种子算法l算法的思想和步骤本讲稿第十七页，共三十七页l6、字符和反走样技术l基本概念：l走样l反走样的几种方法l提高分辨率l过取样l区域反走样本讲稿第十八页，共三十七页第六章 二维变换及二维观察l1、图形变换基础l齐次坐标、哑坐标、齐次坐标和普通坐标表示之间的对应关系、规格化坐标l为什么要使用齐次坐标表示l图形变换包括的几种变换：视窗、几何、投影变换；l图形变换的作用本讲稿

8、第十九页，共三十七页l2、窗口到视区的变换l基本概念l用户域和窗口区；l屏幕域和视图区l窗口区到视图区的坐标变换l通过窗口视图变换实现缩放以及漫游的方法本讲稿第二十页，共三十七页l3、二维几何变换l二维变换矩阵l表示形式；l各个子矩阵对应的功能l平移、比例、选择、对称、错切变换对应的矩阵l二维复合变换矩阵的推导l围绕平面上任意一点做旋转变换的矩阵的推导l相对于平面上任意直线进行对称变换的矩阵的推导本讲稿第二十一页，共三十七页l4、线段裁剪lCohen-Sutherland端点编码算法l基本思想l编码规则以及测试方法l中点分割算法l基本思想l和Cohen-Sutherland算法相比较的优缺点；

9、本讲稿第二十二页，共三十七页lLiang-Barsky算法l基本思想：将直线的参数方程表示代入区域内部表示公式中，掌握结果公式对应的几何意义；l关键操作：交点的计算和选择；本讲稿第二十三页，共三十七页l5、多边形的裁剪lSutherland-Hodgman算法l基本思想：分割处理策略；流水线过程（其中边与裁剪线位置关系的判断）。l算法的特点本讲稿第二十四页，共三十七页lWeiLer-Atherton多边形裁剪算法l适用对象：任意非自相交多边形l算法涉及到的基本元素：从属多边形、裁剪多边形、进点、出点；l主要数据结构：多边形边界的循环链表表示l算法的实现步骤：对循环链表的追踪过程本讲稿第二十五页

10、，共三十七页第七章 三维变换与三维观察l1、投影基础l基本概念l投影转换定义及其分类；l正投影中的三视图、正轴测、正二测、正三测、斜平行投影等；l灭点、主灭点；一点透视、两点透视、三点透视的划分方法；本讲稿第二十六页，共三十七页l2、平行投影l三视图中各个图形转换矩阵的推导；l正轴测投影的形成过程以及根据该过程进行的投影转换矩阵推导；l3、透视投影l透视投影的几何规律l掌握空间点的一点和两点透视变换矩阵的样式、了解三点透视矩阵，变换前后坐标之间的关系；本讲稿第二十七页，共三十七页l4、三维几何变换l三维变换矩阵l各个子矩阵的功能；l平移、比例变换的形式l三维对称变换：关于三个坐标平面的对称变换

11、矩阵l三维旋转变换：绕三个坐标轴的旋转变换矩阵l绕任意空间直线的旋转变换的推导过程以及各个子矩阵的写法。本讲稿第二十八页，共三十七页l5、三维裁剪l两种基本的三维裁剪窗口：长方体；平截头棱锥体本讲稿第二十九页，共三十七页l6、三维图形的显示流程l三种坐标系l观察空间的类型l三维图形显示的大致流程本讲稿第三十页，共三十七页第九章 消隐l1、基本概念l图形的二义性l消隐及其分类（隐藏线删除/隐藏面删除）、消隐算法分类（图像空间/物体空间）、消隐的主要运算（线线、线面求交）；l提高消隐效率的五种方法l利用连贯性（五种）、包围盒技术、背面剔除、空间分割、物体分层表示；本讲稿第三十一页，共三十七页l2、

12、画家算法l算法的基本思想，多边形在线性表中的排序方法l是一种图像空间算法；l算法不能处理的情况；本讲稿第三十二页，共三十七页l3、z-buffer算法l算法思想以及算法描述l图像空间算法l优缺点本讲稿第三十三页，共三十七页l4、扫描线z-buffer算法l算法思想：和上一个算法相比，使用一个一维数组作为一条扫描线的z-buffer。只处理与当前扫描线相关的多边形，以及每个多边形中相关的边对；l一种增量算法l多边形分类表，活化多边形表的数据结构；l边、边的分类表、边对、活性边对表；本讲稿第三十四页，共三十七页l5、区间扫描线算法l基本思想l需要避免的情况以及解决方法l数据结构本讲稿第三十五页，共三十七页l6、区间子分算法l算法思想l足够简单窗口的判断射线检查、转角累计、区域检查法（区域编码、多边形顶点编码、边编码、多边形编码）；l6、可见面光线追踪算法本讲稿第三十六页，共三十七页课程结束，谢谢！本讲稿第三十七页，共三十七页