计算机图形学真实感图形生成

第一章测试1.计算机图形学产生图形，计算机图像学产生图像。

（）A:对B:错答案:B2.下列哪项不属于计算机图形学的应用领域？（）A:虚拟现实B:游戏实时显示C:科学计算可视化D:计算机辅助设计E:数字电影制作F:识别图片中的动物答案:F3.本课程将讲不讲解以下哪个内容？（）A:动画生成B:真实感图像生成C:曲线生成D:游戏制作答案:D4.使用OPENGL画带颜色的直线，需要调用不同的函数，分别指定颜色和起始点坐标。

（）A:错B:对答案:B5.在OPENGL中定义的结点仅包含位置信息。

（）A:对B:错答案:B第二章测试1.四面体的表面建模中，可用四个三角形来描述四面体的表面，每个三角形包含三个点，因此，四面体中点的总个数为（）。

A:12B:6C:4D:9答案:C2.三次BEZIER曲线有几个控制点？（）A:3B:5C:4D:6答案:C3.三次BEZIER曲线经过几个控制点？（）A:3B:4C:2D:1答案:C4.不经过Y轴的斜线绕Y轴旋转得到的曲面是（）A:半球面B:球面C:柱面D:圆台面答案:B5.BEZIER曲线上的所有点都是由控制点经过插值得到的。

（）A:错B:对答案:A第三章测试1.通过变换可以将单位圆变成长半轴2短轴0.5的椭圆，具体实施步骤是（）。

A:水平方向做平移变换，竖值方向做平移变换B:水平方向做拉伸变换，竖值方向做平移变换C:水平方向做收缩变换，竖值方向做拉伸变换D:水平方向做拉伸变换，竖值方向做收缩变换答案:B2.变换前后二线夹角保持不变的保角变换有（）A:镜像B:旋转C:平移D:缩放答案:D3.水平方向的剪切变换，如果表达为x’=ax+by y’=c x+dy,则有（）。

A:b=1,c=1,d=0B:a=0,b=1,c=1C:a=1,b=0,d=1D:a=1,c=0,d=1答案:D4.正交变换不包括（）。

A:剪切B:镜像C:旋转D:平移答案:A5.变换的复合运算不满足交换律。

实验四真实感图形的生成一、实验内容⏹创建一个简单场景⏹场景中有一个复杂的三维几何体⏹通过一系列处理使得场景和几何体具有真实感⏹可以通过变换视点观察场景二、程序结构创建Win32 Console Application，使用OpenGL的控制台应用程序框架。

其中:•init()函数进行场景初始化工作；•reshape(GLsizei width, GLsizei height)函数设置窗口的视口大小，同时设置透视深度和透视角度等参数；•display()函数构建坐标系并通过调用具体的绘制图形函数来绘制具体场景和几何图形；•LoadBMP()函数导入纹理位图文件；•LoadTexture()函数加载纹理到内存空间中；•generateShadow(GLfloat shadow[4][4], const GLfloat ground[4], const GLfloat light[4])函数来计算空间中物体上任意一点的平面阴影投射矩阵•keyboard(unsigned char key, int x, int y)函数处理键盘按键消息；•mouseButton(int button, int state, int x, int y)函数处理鼠标按键消息；最后由主函数main(int argc, char** argv)中调用OpenGL函数来显示窗口，并进行绘图和处理事件消息函数。

三、代码说明1.加载位图纹理首先，编写LoadBMP()函数导入位图文件，代码截图如下：然后，编写LoadEarthTexture()函数加载导入的位图并设置相关参数，代码截图如下：2.绘制房间场景在drawScene()函数中调用OpenGL基本几何元素绘制过程glBegin(GL_QUADS)绘制4个平面，并为每个平面绑定相应的纹理图片，主要代码截图如下：3.绘制地球仪模型编写drawEarth()函数绘制地球仪模型，并为地球仪模型绑定对应的纹理贴图，同时增加光照和材质的处理，代码截图如下：4.绘制模拟点光源编写drawBulb()函数绘制模拟点光源及灯罩，首先调用glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP)绘制4个三角形面构成棱锥形灯罩的4个侧面，然后调用gluSphere()函数绘制球形灯泡并增加光照和材质处理效果，代码截图如下：5.生成阴影根据点光源、物体上的任意一点、物体在平面上的投影点“三点共线”的几何原理，以及投影点在平面上的位置关系，通过平面方程求得其法向量，然后利用点光源和物体上一点的坐标进行计算，得出物体上该点的平面阴影投射矩阵。

计算机形学中的渲染算法在计算机图形学领域中，渲染算法是一种用于生成逼真图像的关键技术。

通过模拟光线传播、表面材质以及光影效果等，渲染算法可以呈现出具有细节和真实感的图像。

本文将介绍计算机形学中常用的渲染算法，并分析它们的原理和应用。

一、光线追踪算法光线追踪算法是一种基于物理光线传播模型的渲染方法。

其核心思想是通过跟踪光线在场景中的传播路径，计算光线与物体的交点，并考虑光线在交点处的反射、折射等光线行为，从而生成图像。

光线追踪算法具有较高的真实感和逼真程度，在电影、游戏等领域有广泛应用。

光线追踪算法的基本流程如下：1. 发射光线：从相机位置发射光线。

2. 检测交点：判断光线与场景中的物体是否相交，若相交则计算交点位置。

3. 计算光照：根据交点处物体的材质属性，计算光照强度和颜色。

4. 反射和折射：根据交点处的表面属性，计算反射光线和折射光线。

5. 递归追踪：依次对反射光线和折射光线进行光线追踪。

6. 合成颜色：将得到的各个光线的贡献累加起来，得到最终的像素颜色。

光线追踪算法能够模拟光线的真实传播，因此能够产生较为逼真的阴影效果和光影效果。

然而，由于计算量较大，其渲染速度较慢，对硬件要求较高。

二、光栅化算法光栅化算法是一种将连续的几何形状转化为离散像素的渲染方法。

其主要思想是将场景中的几何形状划分为多个像素，然后根据像素的属性进行颜色填充，最终生成图像。

光栅化算法是当前大多数实时渲染技术的基础。

光栅化算法的基本流程如下：1. 几何形状定义：通过数学方程或三角网格等方式将几何形状表达出来。

2. 光栅化：将几何形状划分为像素，并确定每个像素对应的屏幕位置。

3. 顶点属性插值：对于每个像素，根据顶点的属性值进行插值，得到该像素的属性值。

4. 片元处理：对于每个像素，根据其属性值计算颜色值。

5. 像素输出：将计算得到的颜色值输出到图像缓存中。

光栅化算法具有高效的渲染速度和较低的硬件需求，适用于实时图形渲染，如电子游戏、虚拟现实等。

《计算机图形学》实验报告实验十一真实感图形一、实验教学目标与基本要求初步实现真实感图形, 并实践图形的造型与变换等。

二、理论基础运用几何造型, 几何、投影及透视变换、真实感图形效果（消隐、纹理、光照等）有关知识实现。

1.用给定地形高程数据绘制出地形图；2.绘制一(套)房间，参数自定。

三. 算法设计与分析真实感图形绘制过程中, 由于投影变换失去了深度信息, 往往导致图形的二义性。

要消除这类二义性, 就必须在绘制时消除被遮挡的不可见的线或面, 习惯上称之为消除隐藏线和隐藏面, 或简称为消隐, 经过消隐得到的投影图称为物体的真实图形。

消隐处理是计算机绘图中一个引人注目的问题, 目前已提出多种算法, 基本上可以分为两大类：即物体空间方法和图象空间方法。

物体空间方法是通过比较物体和物体的相对关系来决定可见与不可见的；而图象空间方法则是根据在图象象素点上各投影点之间的关系来确定可见与否的。

用这两类方法就可以消除凸型模型、凹形模型和多个模型同时存在时的隐藏面。

1).消隐算法的实现1.物体空间的消隐算法物体空间法是在三维坐标系中, 通过分析物体模型间的几何关系, 如物体的几何位置、与观察点的相对位置等, 来进行隐藏面判断的消隐算法。

世界坐标系是描述物体的原始坐标系, 物体的世界坐标描述了物体的基本形状。

为了更好地观察和描述物体, 经常需要对其世界坐标进行平移和旋转, 而得到物体的观察坐标。

物体的观察坐标能得到描述物体的更好视角, 所以物体空间法通常都是在观察坐标系中进行的。

观察坐标系的原点一般即是观察点。

物体空间法消隐包括两个基本步骤, 即三维坐标变换和选取适当的隐藏面判断算法。

选择合适的观察坐标系不但可以更好地描述物体, 而且可以大大简化和降低消隐算法的运算。

因此, 利用物体空间法进行消隐的第一步往往是将物体所处的坐标系转换为适当的观察坐标系。

这需要对物体进行三维旋转和平移变换。

常用的物体空间消隐算法包括平面公式法、径向预排序法、径向排序法、隔离平面法、深度排序法、光线投射法和区域子分法。

《计算机图形学》题集一、选择题（每题2分，共20分）1.计算机图形学主要研究的是：A. 计算机硬件的设计B. 计算机软件的开发C. 图像的生成、处理与显示D. 计算机网络技术2.下列哪个不是计算机图形学的应用领域？A. 游戏开发B. 医学影像处理C. 文字编辑D. 三维动画制作3.在计算机图形学中，像素（Pixel）是：A. 图像的最小单位B. 显示器的大小C. 图像的分辨率D. 图像的颜色深度4.下列哪个是光栅图形显示器的特点？A. 直接使用矢量数据表示图像B. 图像由像素阵列组成C. 分辨率固定不变D. 不适用于动态图像显示5.在三维图形变换中，平移变换不会改变物体的：A. 形状B. 大小C. 方向D. 位置6.下列哪个算法常用于三维图形的消隐处理？A. 光线追踪算法B. Z-Buffer算法C. 纹理映射算法D. 反走样算法7.在计算机图形学中，下列哪个术语用于描述物体表面的明暗程度？A. 色彩B. 光照模型C. 纹理D. 透明度8.下列哪个不是计算机图形学中的基本图形生成算法？A. 中点画线算法B. Bresenham画圆算法C. 扫描线填充算法D. Cohen-Sutherland线段裁剪算法9.在计算机图形学中，下列哪个概念用于描述物体的三维形状？A. 像素B. 几何模型C. 色彩模型D. 光照模型10.下列哪个不是真实感图形生成的基本步骤？A. 几何建模B. 光照模型计算C. 纹理映射D. 数据压缩二、填空题（每题2分，共14分）1.计算机图形学中的“图形”主要分为两大类：和。

2.在三维图形变换中，旋转变换可以使用______矩阵来实现。

3.在计算机图形学中，______是指使用数学方法来模拟真实世界中光线与物体表面的相互作用。

4.在进行三维图形的消隐处理时，______算法是一种常用的方法，它通过维护一个深度缓冲区来实现。

5.在计算机图形学中，______是一种常用的图像滤波技术，可以用于图像的平滑处理。

计算机图形学课程教学大纲Final approval draft on November 22, 2020《计算机图形学》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：110053课程名称：计算机图形学英文名称：Computer Graphics课程类别：专业课学时：72学分：3.5适用对象：信息与计算科学专业本科生考核方式：考试（平时成绩占总成绩的30%）先修课程：高级语言程序设计、数据结构、高等代数二、课程简介中文简介：计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的学科。

它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境：图形用户界面已经成为一个软件的重要组成部分，以图形的方式来表示抽象的概念或数据已经成为信息领域的一个重要发展趋势。

通过本课程的学习，使学生掌握计算机图形学的基本原理和基本方法，理解图形绘制的基本算法，学会初步图形程序设计。

英文简介：Computer Graphics is the subject which concerned with how computer builds， processes and shows graphics. Its importance has been shown in people’s more and more intensively need for harmony human-machine interface. Graphics user interface has become an important part of software. It is a significant trend to show abstract conception or data in graphics way. Through the learning of this course, students could master Computer Graphics’basic theories and methods，understand graphics basic algorithms and learn how to design basic graphics program.三、课程性质与教学目的《计算机图形学》是信息与计算科学专业的一门主要专业课。

计算机图形学课程设计报告一、实验题目三维真实感图形设计与绘制（1）题目容说明：本题目要求应用OpenGL的光照技术和纹理技术实现一个简单的三维真实感图形的程序设计。

具体要现功能：1）通过对话方式实现交互式设计光照模型功能。

2）实现三维模型纹理映射功能3）用鼠标跟踪球方法实现三维模型的空间旋转2）实现鼠标跟踪球方法程序二、需求分析真实感图形的设计与绘制，是计算机图形学中的一个重要研究领域，也是三维实体造型系统和特征造型系统的重要组成部分。

一般地，三维实体在计算机显示屏上有三种表现形式:简单线框图、线框消隐图和真实感图形。

其中，简单线框图能够粗略表达实体的形状，但由于简单线框图的二义性，从而导致表达其的实体形状具有不确定性。

而线框消隐图虽然能反映实体各表面间的相互遮挡关系，从而达到消除简单线框图产生的二义性的目的，但是这两者一样地只能反映实体的几何形状和实体间的相互关系，而不能反映实体表面的特征，如表面的颜色、材质、纹理等。

所以，只有真实感图形才能表现实体的这些特征，因此，在三维实体造型中，生成三维实体的光照模型，进行实体的真实感绘制与显示占有重要的地位，是很有必要的，也是我做此设计的初衷。

在设计中，我主要使用Opengl绘制真实感图形，它作为一种强大的三维图形开发工具，通过便捷的编程接口提供了处理光照和物体材质、颜色属性等通用功能。

真实感图形学是计算机图形的核心容之一，是最能直接反映图形学魅力的分支。

寻求能准确地描述客观世界中各种现象与景观的数学模型，并逼真地再现这些现象与景观，是图形学的一个重要研究课题。

很多自然景物难以用几何模型描述，如烟雾、植物、水波、火焰等。

本文所讨论的几种建模及绘制技术都超越了几何模型的限制，能够用简单的模型描述复杂的自然景物。

在计算机的图形设备上实现真实感图形必须完成的四个基本任务。

1. 三维场景的描述。

三维造型。

2. 将三维几何描述转换成为二维透视图。

透视变换。

3. 确定场景中的所有可见面。

第九章使用MFC实现真实感图形绘制真实感图形绘制是计算机图形学的一个重要组成部分。

它综合利用数学、物理学、计算机科学和其他学科知识在计算机图形设备上生成象彩色照片那样的真实感图形。

要用计算机图形设备绘制场景的真实感图形，就必须首先在计算机中建立该场景的模型，用这个模型来反映场景的特点和属性。

这一模型通常是由一批几何数据及数据之间的拓扑关系来表示的，这就是造型技术，它是真实感图形绘制技术的重要组成部分。

有了三维场景的模型，并给定了观察点和观察方向以后，就可以通过几何变换和投影变换在屏幕上显示该三维场景的二维图像。

为了使二维图像具有立体感，并尽可能逼真地显示出该物体在现实世界中被观察到的形象，就需要运用适当的光照模型，来模拟场景在现实世界中受到各种光源照射时的效果，这就是真实感图形的画面绘制技术，也就是真实感图形的生成技术。

用计算机在图形设备上生成连续色调的真实感图形大致可以分为以下四步：第一步，用数学方法建立所需三维场景的几何描述，并将它们输入至计算机。

这部分工作可由三维立体造型或曲面造型系统来完成。

场景的几何描述直接影响了图形的复杂性和图形绘制的计算耗费，因此选择合理的、有效的数据表示和输入手段是非常重要的。

第二步，将三维几何描述转换为二维投影图。

这可以通过对场景的投影变换来完成。

第三步，确定场景中的所有可见面，这需要使用隐藏面消除算法将被其他物体遮挡的不可见面消去。

第四步，计算场景中可见面的颜色，严格地说，就是根据基于光学物理的光照明模型计算可见面投射到观察者眼中的光亮度大小和色彩分量，并将它转换成适合图形设备的颜色值，从而确定投影画面上每一象素的颜色，最终生成图形。

前三步的相关知识在前面已经进行了介绍，本章将重点介绍如何通过MFC 编程的方式，利用光照模型计算场景中可见面的光亮度和颜色，并绘制最终的真实感图形。

实际上，现在OpenGL和DirectX等图形函数库提供了很多支持真实感图形绘制的函数，使用它们可以更轻松的完成真实感图形绘制。

真实感图形显示的基本流程和坐标系下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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. . . . .. . 优质资料 .. 计算机图形学 (2017年秋季学期)实验 报 告系别：计算机科学与技术 班级： ： 学号：实验名称：2-真实感图形绘制2020-11-132/3《计算机图形学》实验报告实验名称真实感图形绘制 实验序号 2实验日期 2017.12.13 实验人 一、实验目的、要求与环境1．目的：通过实验，学生应掌握通过计算机程序进行真实感图形绘制的基本原理，特别是对三维显示对象进行纹理映射的基本方法，将理论和实际应用切实结合起来。

2.要求：对一个三维立方体进行旋转，对其6个不同的面进行6个不同图像的纹理映射，并进行投影变换与显示，分析增强后的视觉效果，提交实验报告。

3.环境：Windows 7操作系统Microsoft Visual Studio 2005OpenGL 函数库4. 自带位图文件(换成你自己的图像文件)：总成绩：评语：日期：2020-11-1311/12二、实验容与步骤1. 准备相关图像文件。

2. 进行立方体各面图像与旋转速度的大体设计。

3．在Windows 7 操作系统上，打开Microsoft Visual Studio 2005，编写相关程序，完成程序主体框架结构。

4．编写六面体显示相关的程序代码。

5．编写六面体旋转相关的程序代码。

6．编写深度检测相关的程序代码。

7. 编写纹理载入功能的相关程序代码。

8. 编写纹理参数定义功能的相关程序代码。

9. 编写纹理映射功能的相关程序代码。

10．对程序进行相关调试，修改程序，去除其中的BUG 。

11. 观察纹理映射后的六面体的旋转显示，与预想的结果进行对比，修改相关程序参数。

12．截屏，保留实验结果，进行实验结果分析，并撰写实验报告。

2020-11-13 2/32020-11-13 11/12四、编译过程截图五、实验结果与分析（下面是一个例子，换上你自己的图）实验结果：实验分析程序通过glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, lastTextureID);语句，完成了恢复之2020-11-13 2/32020-11-13 11/122020-11-13 2/32020-11-13 11/122020-11-13 2/3。

真实感显示与非真实感显示算法的研究摘要真实感图形显示和非真实感图形显示是计算机图形学的一个重要组成部分。

在计算机图形学３０余年的发展历史中，真实感绘制一直是贯穿其中的主旋律。

随着真实感图形趋向于具有更强的真实感并提供更贴近现实世界的场景。

同时在有些时候人们也需要由计算机来生成一些不同于真实感的图形，非真实感绘制技术就由此产生了。

而本文主要是来研究有关非真实感图形图像技术。

首先介绍一种常用的真实感图形显示算法扫描线算法，同时对非真实感绘制的发展过程，然后对非真实感绘制技术进行了分类，并对各类技术的特点进行分析。

关键词：真实感图形；非真实感图形：扫描线算法：纹理1 引言真实感显示不仅使我们能够比较直观、真实地观察实体的外形，而且能够检查实体造型是否正确，造型结果是否与期望的结果相符。

真实感显示也是工业设计的重要组成部分，在还没有制造出实物产品之前的设计阶段，即可通过真实感产品图形的观察和分析，对产品外形工业设计进行检验和优化。

非真实感绘制 ( nonphoto realistic rendering ，简称 NPR )的目标是能在形式上指定一种可展现绘画作品的方式，并随之编写生成非真实感绘画作品的计算机程序并成为计算机图形学的一个研究热点。

2 本论2.1 真实感图形显示研究真实感图形绘制技术一直是计算机图形学的研究热点之一，如何能以更快的速度绘制出更加逼真的场景图形是研究的目标。

目前，用软件在微机上生成真实感图形致命的缺点是速度慢。

据统计表明，大约 70% ～90% 的绘制时间耗费在光线与物体的求交计算上，所以说求交是影响真实感图形生成速度的关键。

减少求交时间包括两个途径: 加速求交算法和减少求交次数。

基于这两种考虑，本文引入了一种直线与三角形求交的简洁算法和区域块投影算法，并且给出了新方法与表优先级法和扫描线算法的比较。

另外，采用区别对待高光区域和非高光区域等方法，有效地解决Gouraud 浓淡算法不能生成高光效果的问题，改善了图形质量。

计算机图形学中的光照模型与材质渲染算法实现导言：计算机图形学是研究如何使用计算机生成、处理和呈现图像的学科。

在计算机图形学中，一个重要的问题是如何实现真实感的图像渲染。

光照模型和材质渲染算法是实现真实感图像的关键。

本文将介绍光照模型和材质渲染算法的基本概念和实现方法。

一、光照模型光照模型用于模拟光照在物体表面的影响，通过模拟光照效果，使渲染出的图像更加逼真。

常用的光照模型有冯氏光照模型、Lambertian光照模型和Blinn-Phong光照模型等。

1.冯氏光照模型冯氏光照模型是最早提出的光照模型之一，它将光照效果分为三个部分：环境光、漫反射光和镜面光。

环境光是由周围环境中的间接光照射到物体表面而产生的，它对物体的光照效果起到整体性的作用。

漫反射光是指物体表面吸收了光能量后，在不同方向上均匀地散射出去的光能，它决定了物体表面的亮度。

镜面光是指物体表面光能量经过反射后聚焦到一定方向上的光能，它决定了物体表面的高光效果。

2. Lambertian光照模型Lambertian光照模型是一种简化的光照模型，它只考虑物体的漫反射光。

根据兰伯特定律，漫反射光的亮度与光源和物体表面法线的夹角成正比。

3. Blinn-Phong光照模型Blinn-Phong光照模型是一种介于冯氏光照模型和Lambertian光照模型之间的模型。

它在计算镜面光时使用了一种近似的方法，使计算更加高效。

二、材质渲染算法材质渲染算法用于将光照模型应用到物体表面的材质上，从而实现真实感的渲染效果。

常用的材质渲染算法有平均法向量法、纹理映射法和高光纹理法等。

1.平均法向量法平均法向量法是一种常用的材质渲染算法。

它通过对网格模型上的顶点法向量进行插值计算，获得表面上每个点的法向量。

然后再使用光照模型计算光照效果。

2.纹理映射法纹理映射法是一种常用的材质渲染算法。

它将一个二维图像（纹理）映射到物体表面上，在渲染过程中，根据纹理映射的坐标值，获取纹理上对应点的颜色值，再结合光照模型计算光照效果。