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1、计算机辅助设计与制造课程论文计算机图形处理技术班级：08机械2 班姓名：刘玉强学号：080605087计算机图形处理技术基础刘玉强080605087 08机械二班摘要：计算机图形处理关键字：图形处理1引言计算机图形处理技术基础是对计算机处理技术中的图形变换、图形消隐技术、图形裁剪技术和简单光照明模型等基础知识作了较全面的介绍。重点介绍了图形变换的数学基础；窗口-视区变换；二维、三维图形几何变换；投影变换；消隐算法中的基本检验方法和常用的消隐算法；二维、三维图形的裁剪；Phong光照明模型和阴影的生成等。2课程教学内容我们将分为儿个章节来给我们论述这们技术。-图形变换计算机图形处理是CAD/CA

2、M的重要组成部分。对于CAD/CAM系统来说，不仅要能用图元的集合构成复杂的静态图形，而且要通过三维的几何体来定义零件的空间模型，并能市这些模型进行旋转、缩小和放大等图形变换。以利于从某一最有利的角度去观察它，对它进行设计修改。软件的这些功能是基于图形变换的基本原理实现的。图形变换是计算机绘图和实体建模的基础内容之一。在学习计算机图形处理技术时，需要使用几种重要的数学方法，包括：线性代数、矢量、矩阵方法、行列式、集合论、多项式插值和数值逼近等。这里重点介绍齐次坐标和坐标系统。图形变换主要分为：图形变换的数学基础、窗口-视区变换、二维图形几何变换、三维图形的基本交换、投影变换。对于引进齐次坐标的

3、目的是为了使图形的一些变换变得简单可行，特别是对于投影变换，齐次坐标很有用。而坐标系统是从定义个零件的几个外形到图形设备上生成图形，通常都需要建立相应的坐标系统来描述，并通过坐标变换来实现图形的表达。在图形系统中，为描述物体的几何尺寸、图形的大小及位置。对于窗口-视区变换中的窗口是在进行图形处理时，常常对整幅图形的某个表示关注，希望将这一部分图形尽量清晰的现实出来。而视区实在图形设备上定义的矩形区域，而窗口与视区的变换的关系如：当视区大小不变，窗口缩小或放大时，显示的图形会相反的放大或缩小。当窗口大小不变，视区缩小或放大时，显示的图形会跟着缩小或放大。当窗口与视区大小相同时，显示的图形大小比例

4、不变。若视区纵横比不等于窗口的纵横比时，显示的图形会有伸缩变化。二维图形的几何变换分为：二维图形的基本变换、变换矩阵、二维图形的几何变换、二维的组合变换等。三维图形的几何变换是二维几何图形变换的扩展。在进行二维图形的几何变换时;应用二维空间点的三维齐次坐标及其相应的变换矩阵。在过程设计中，产品的几何模型通常是用三面投影图来描述的，即用二维图形表达三维物体。可以说投影是产生三维立体的二维图形表示的变换。投影变换是各类变换中最重要的一种。投影就是把N维坐标系中的点变成小于n维坐标系的点.而CAD/CAM系统中所涉及的对象大多数是三维的，因此讨论三维图形的组合变换更具有工程意义。工程实践中运用比较普

5、遍的组合变换是轴测变换，许多CAD/CAM系统都支持轴测图显示。二 图形消隐技术在现实生活中，从某一方向观察个三维立体，它的一些面、边是看不到的。而三维立体的所以部分在计算机输出时均被投影到投影平面上并显示出来，如果不对它们进行处理，无疑会影响图形的立体感，然而在这里就用到了消隐算法了。消除隐藏线、隐藏面的算法是将一个或多个三维物体模型转换成二维可见图形，并在屏幕上显示。针对不同的显示对象和现实要求会有不同的消隐算法与之相适应。各种消隐算法的策略方法各有特点，但都是以一些基本的检验方法为基础的。一种算法中往往会包含一种甚至多种的基本检验方法，他们是:最大最小测试、包含型测试、深度测试、可见性测

6、试。消隐算法可以分为两大类：物空间算法和像空间算法。物空间算法是利用物体间的几何关系来判断物体的隐藏与可见部分。这种算法利用计算机的浮点精度来完成儿何计算，因而算法精度高，不受显示器分辨率的影响。但随着物体复杂程度的增加，物空间算法的计算量比像空间算法增加许多。像空间算法则把注意力集中在最终的图像上，对光栏扫描显示器而言，将对每像素进行判断，确定那些是可见部分。这种算法只能以显示分辨率相适应的精度来完成，因此不够准确。一般大多数隐藏面消除算法用像空间算法，而大多数消隐线消除算法用物空间算法。三 图形裁剪技术在实际应用中，图形的大小和复杂程度都是不确定的。而在许多应用问题中，常要求开个矩形窗口指

7、定画面中要显示的部分画面。窗口内的图形被显示出来，而窗口之外的图形则被裁剪掉，这种使图形恰当地显示到屏幕上的处理技术成为图形裁剪技术。从图形的显示过程可知，任何图形显示之前都要经过裁剪工作，而图形的裁剪和图形的变换一样，直接影响图形处理系统的效率。通过定义窗口和视区，可以把图形的某一部分显示于屏幕上的指定位置，这不仅要进行窗口-视区的变换，更重要的是必须要正确识别的图形在窗口内部分（可见部分）和窗口外部分（不可见部分），以便把窗口内的图形信息输出，而窗口外的部分则不输出。当然，为适应某种需要亦可裁剪掉窗口内的图形，使留出的窗口空白区做文字说明或其它用途，这种处理方法成为“覆盖”。裁剪问题是计算

8、机图形学的基本问题之一。裁剪的边界可以是任意多边形，但常用的是矩形。被裁剪的对象可以是线段、字符、多边形等，显然，直线段的裁剪是图形裁剪的基础，裁剪算法的核心问题是速度们就一条直线段而言，需要迅速而准确的判定：它是全部在窗口内还是窗口外，否则，它必定是部分在窗口内，此时要求出它与窗口的交点，从而确定窗口内部分。可将个复杂的图形离散成点，再逐点判断每一个点的可见，将不可见点裁剪掉。这种方法逐点比较法。方法简单，适用范围广，但速度慢，而且点的拓扑关系没有保留，给图形输出带来麻烦。常用的裁剪算法有编码裁剪法、矢量法线段裁剪、中点分割法等。四图形的光处理技术关照射到物体表面时，光线可能被吸收、反射和折

9、射。被物体吸收的部分转化为热，反射、折射的部分进入人的视觉系统，使人们能看见物体。这实际上构成了一个光照系统。其中，光的亮度由光的强度决定，光的颜色由波长决定。光照射到物体上会产生隔三种光效果，理想漫反射、镜面反射和环境光。从物体表面反射或折射出来的光的强度取决于很多因素：首先是光源的性质，包括点光源、多点光源或分布光源、光的波长、光源的位置等。其次是物体的表面性质，包括物体表面形状、表面性质（反射率、折射率、光滑度等）以及一些表面 细 节（颜色、纹理等）。最后是物体周围的环境、视点位置以及不同人对光的感觉差异等也会对光强产生影响。它们通过对光的反射和折射形成环境光，在物体表面上产生一定的照度。它们还会在物体上形成阴影。为了使显示的图形更加逼真，要考虑到物体表面由于光照而产生的明暗变化，这需要对物体进行光照处理当光照射到一个物体的表面上时，物体对光会产生反射、投射和散射作用，物体内部还会吸收一部分光。这可用如下等式表示：入射光=反射光+投射光+散射光+吸收光用简单光反射模型模拟光，照射到物体表面时，产生了光的反射效果，它假定光源是点光源，物体是非透明体，于是投射光和散射光将近似于零。