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图形图像计算

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真实感的光照计算
2011-03-22
真实感绘制的娱乐应用
电影
AVATAR
Pixar: Monster’s Inc.
电影与图形学
电影与图形学演示
Square: Final Fantasy
真实感绘制与加速绘制的娱乐应用
游戏
医学应用
动画
人体动画 舞蹈演示 人脸动画 人脸演示
2011-03-22
2011-03-22
CAD应用典范
从1990年10月开始启动波音777设计 首次实现了“无纸设计”。整个设计、生产、试飞周期共4年半，耗 资50亿美元，整个波音 777客机有24万多个零部件, 几何模型多 达5亿个面片。 波音777第一架飞机装配时，机身蒙皮与隔框贴合良好，铆接时 不再需要用垫片来消除缝隙。机身对接中，从机头到机尾的63米 长度内，机身轴线的准直误差只有0.6毫米，即小于阳光照射机身 时所产生的热胀变形，真正做到了技术上一次成功，生产规模一 步到位
2011-03-22
交互工具，交互范式
2011-03-22
虚拟现实交互设备
2011-03-22
2011-03-22
虚拟现实应用
2011-03-22
虚拟现实军事作战系统
空战演示系统
虚拟现实
可视化演示
图形硬件-GPU
计算机图形学与游戏动画的关系
底层技术大量地采用了计算机图形学的理论和算法 动画游戏侧重在丰富表达，方便易用、造型灵活 外形设计侧重在精确表达，操作精确、造型高效 图形学的发展基于CAD应用驱动，动漫游戏的促进 与动漫游戏的关系越来越密切 需要适应越来越复杂的外形设计 需要适应越来越逼真的场景效果 需要适应实时的三维处理效果
计算或测量 得到的大量 数据
2011-03-22
可视的图象 Visualization in Scientific Computing (VISC)
Graphics与Image的对比
graphics
1. 数 据 量 很少 2. 有 结 构 ，便 于 编 辑修 改 数据量很大
image
无 结 构 ， 不便 于 编辑 修 改
照片级真实感的追求，没有止境 非真实感的绘制方式（艺术、工程插图等）
2011-03-22
Salisbury绘制的熊
2011-03-22
Salisbury的茶壶
2011-03-22
Non-photorealistic 素描树
2011-03-22
No-realistic graphics NPR动画演示
2011-03-22
计算机图形学先修课程
1. 程序设计语言 2. 数据结构 3. 线性代数
谢谢！
欢迎更多的同学关注图形图像方面的研究
2011-03-22
图形学研究内容和方法
modeling + Rendering via I/O modeling : 构造实体（2D, 3D）； rendering: 使3D物体看起来更象； 各种输入输出（图形）设备 客观和主观实体的计算机表示 真实的， 虚拟的， 主要目标：更逼真的表达、更快捷的方法、 更方便的 交互 也是外形设计与游戏动画的研究内容和目标
2011-03-22
图形计算主要的应用领域
工业领域（CAD）与商业娱乐领域（电影 游戏动画） 军事领域（虚拟现实与仿真） CAD 侧重在精确表示，能不能做出来？ 游戏动画 侧重在真实感效果的表现，是否逼真？ 交互工具 简单易用，提高表现力和真实感
2011-03-22
CAD
机械零件形状复杂、精度要求高 造型的准确性，刻划的宽广性，手段的多样性，性能 的健壮性
图形图像计算之图形计算 Graphics Computing
讲授：李胜
北京大学计算机系图形与交互技术实验室 办公室：理科一楼1316E 电话：62751781-803 邮箱：lisheng@
Graphics 与 Image 的关系
Image processing
2011-03-22
boeing777
2011-03-22
2011-03-22
基于三维模型的装配工艺设计
2011-03-22
全参数化CAD设计
SFE CONCEPT: 建模和修改 点 线 横断面 梁 接头 曲面 网格
- 全参数化模型 : 草图开始, 外部导入的 FE 或 CAD 数据 - 快速方便的进行拓扑和几何的修改 - 模型零件可从数据库中调用并进行装配 (自动的自适应形状改变) - 实时生成FE网格
全参数化肋板设计
• 全参数化肋板定位 • 随着几何的改变自动网格更新
汽车外形设计
2011-03-22
Modeling & rendering
2011-03-22
Geometric Modeling for Animation
geri game
绘制理论方法与技术
光照明模型 真实感绘制技术（多种多样） 加速绘制手段
rendering (image synthesis)
modeling
graphics model
digital image
假想的或 概念上的 景物 现实的景物
image analysis (recognition) image digitizing
playback (reconstruction)
2011-03-22
CAD复杂模型
三维CAD系统举例
草图设计 2D到3D，参数化设计， 特征设计（曲面，实体）特征参数，工艺与几何的结 合 装配设计 大量零部件的复杂装配关系，顺序，关联， 支持零部件的修改 钣金设计 复杂外形设计与制造流程 公差分析 加工公差参数，可制造性 3Dscan 模型数据处理
全参数化模型
CAD中的参数化模型
• 其参数描述方法基本不可能定义和保 持几何和拓扑的兼容性
隐式全参数化模型
SFE CONCEPT 模型
• 定义和保持几何和拓扑的兼容性 变得非常容易
全参数化模型
全参数化细节设计
• 全参数化细节设计定位 • 细节设计 深度, 长度, 宽度 • 细节设计可以是任意形状 • 随着几何的改变自动网格更新
6. 国 际 标 准 ： GKS,PHIGS,OpenGL, 国 际 标 准 ： WMF,VRML; CGM,STEP, JBIG,JPEG,IPI/IIF;TIFF 7. 编 辑 软 件 ( 绘图 软 件 ): 编 辑 软 件 (图 象处 理 软件 )： AutoCAD,Pro/E Photoshop,Photostyler
动画
基于物理的动画
物理动画1
物理动画2
物理动画3
物理动画4
基于物理的引擎在游戏中-22
光照模型
2011-03-22
人脸皮肤的真实感光照效果对比
人头发的真实感光照效果对比
挪威云杉的基于过程的建模
2011-03-22
真实感云、宏观的真实感光照
2011-03-22
3. 能 准 确 表示 3D 景 物 ， 于生 成 所需 的 3D 景 物 的 信 息 巳 部 分 丢 失 ，很 难 生 易 不同视图 成 不 同 的 视图 4. 生 成 视 图需 要 复 杂 计算 生 成 视 图 不需 要 复杂 的 计 算 自 然 景 物 的表 示 不困 难
5. 自 然 景 物的 表 示 很困 难

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《图像的点运算》PPT课件

《图像的点运算》PPT课件


7.4
阈值，又称为临界值，它的目的是要确定出一个范围，然后这个范围内的 部分使用同一种方法处理，而阈值之外的部分则使用另一种处理方法或者保持 原样。
灰度的阈值变换可以让一幅图像变成黑白二值图，其表达式为：
{0 xT
y 255 X T
其中T为阈值，如果图像的像素小于阈值，则变换后该点的灰度值为0， 反之则为255.
g(x,y)=k*f(x,y)+d 设x为原始灰度值，则变换后的灰度值y为： y=kx+d
0 y 255
基本原理
由数学知识可以知道k表示直线的斜率，也就是倾斜程度；d为线性函数 在y轴的斜率。下面通过讨论k的取值来分析灰度线性变换的效果。
1）当k>1时 此时可用于增加图像的对比度。图像的像素值在变换后全部增大，整体 显示效果被增强，如图7-8所示。可以看到，图像经过变换后，其灰度分布被 拉伸了。 2）当k=1时 这种情况常用于调节图像亮度。这种情况下可以通过改变d的值达到增 加或者减少图像亮度的目的。
7.5
2） y2 y1 <1 x2 x1
即中间线段的斜率小于1，作用于上一条刚好相反，用于降低图像的对比 度。如图7-29所示。图中的原始图像对比度高，但是经过控制点为（20,50）、 （230,120）的灰度拉伸后，图像的灰度分布基本被压缩在50~120之间。变换 后的图像对比度降低，整体画面偏灰色。
7.4
7.5
7.5.1 基本原理 由于环境光线或采集设备等原因，图像的灰度有时会集中于某一较小区域， 如图像过亮或过暗等，这时就需要对图像的灰度进行拉伸使其覆盖较大的取值 区间，从而提高图像的对比度以便观察。这种处理就可以利用线性变换曲线建 立灰度映射来完成。 灰度拉伸又叫做对比度拉伸，它与线性变换有些类似，不同之处在于灰度 拉伸使用的是分段线性变换，所以它最大的优势是变换函数可以由用户任意合 成。
计算机图形学第3章 基本图形生成算法

计算机图形学第3章 基本图形生成算法

基函数（基本样条） 在局部参数区域分布 （支撑区间），因此 影响范围有限。
例题：有点P0（4，3）；P1（6，5）；P2（10，
6 ）；P3（12，4），用以上4点构造2次B样条曲线。
2.1.7 非均匀有理B样条
非均匀有理B样条NURBS（Non Uniform Rational BSpline）；
3.2.2
Bresenham画圆法
该算法是最有效的算法之一。
不失一般性，假设圆心(xc，yc) ,圆上的点(x′，y′)，则：
x' x xc
y ' y yc
圆心为原点，半径为R的位于第一象限1/8圆弧的画法，即(0, R)～( R , R )。
2 2
yi )， 思想:每一步都选择一个距离理想圆周最近的点P( xi ， 使其误差项最小。
画其他曲线。
3.3
自由曲线的生成
正弦函数曲线
指数函数曲线
多项式函数曲线
自 由 曲 线
概率分布曲线及样条函数曲线
3.3.1 曲线的基本理论
基本概念
2.1.4
规则曲线：可用数学方程式表示出来的，如抛物 线等。
自由曲线：很难用一个数学方程式描述的，如高
速公路等。可通过曲线拟合(插值、逼近)的方法来
例题： 利用Bresenham算法生成P （0，0）到Q（6，5）的直 线所经过的像素点。要求先 列出计算式算出各点的坐标 值，然后在方格中标出各点。
（1，1）
3.1.5 双步画线法 原理
模式1：当右像素位于右下角时，中间像素位于底线 模式4：当右边像素位右上角时，中间像素位于中线 模式2和模式3：当右像素位于中线时，中间像素可能位于底线 上，也可能位于中线上，分别对应于模式2和模式3，需进一步 判断。 当0≤k≤1/2时，模式4不可能出现，当1/2≤k≤1时，模式1不 可能出现。
计算机图像图形学-中点画线法

计算机图像图形学-中点画线法


场景渲染
通过中点画线法，游戏开 发者可以快速渲染复杂的 场景，提高游戏运行效率。
计算机辅助设计
机械零件绘图
在计算机辅助设计中，中 点画线法可以用于绘制机 械零件的轮廓和细节，提 高绘图精度。
建筑设计
中点画线法可以用于建筑 设计领域，生成建筑物的 平滑轮廓，提高设计效果。
电路板设计
在电路板设计中，中点画 线法可以用于绘制电路路 径，优化电路布局和信号 传输。
图像处理与编辑
图像平滑处理
中点画线法可以用于图像平滑处 理，减少图像中的噪声和细节失
真。
图像修复
中点画线法可以用于图像修复，对 损坏或缺失的图像部分进行修复和 填充。
图像变换与合成
通过中点画线法，图像处理与编辑 软件可以实现图像的缩放、旋转和 平移等变换操作，以及图像合成和 拼接等操作。
PART 04
优化线条质量可以提高绘制的准确性和视觉效果，使线条 更加平滑、自然。
PART 03
中点画线法的应用场景
REPORTING
WENKU DESIGN
游戏开发
01
02
03
游戏中的பைடு நூலகம்图绘制
中点画线法可以用于游戏 中的地图绘制，生成平滑、 连续的路径，提高游戏体 验。
角色移动动画
在游戏开发中，中点画线 法可以用于生成角色移动 动画，使角色移动更加自 然流畅。
PART 02
中点画线法的实现过程
REPORTING
WENKU DESIGN
确定起点和终点
01
确定线条的起点和终点是中点画 线法的第一步，通常通过输入坐 标或鼠标点击屏幕上的位置来确 定。
02
起点和终点的坐标需要精确，否 则可能导致线条绘制错误或出现 偏差。
计算机图形图像技术

计算机图形图像技术

7
最常用旳图形输入设备是键盘和鼠标。人们 一般经过某些图形软件由键盘和鼠标直接在屏幕 上定位和输入图形，如CAD系统就是用鼠标和键盘 命令制作多种工程图旳。另外还有跟踪球、空间 球、数据手套、光笔、触摸屏等输入设备。跟踪 球和空间球是根据球在不同方向受到旳推或拉旳 压力来实现定位和选择。数据手套则是经过传感 器和天线来发送手指旳位置和方向旳信息。这几 种输入设备在虚拟现实场景旳构造和漫游中尤其 有用。光笔是一种检测光旳装置，它直接在屏幕 上操作，拾取位置。
可用于美术创做旳软件诸多，如二维平面旳 绘图程序CorelDraw, photoshop, paintshop, 三 维动画建模和渲染软件3D MAX, Maya等
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❖ 7.3 图形与图像旳区别与联络 图形和图像有着较大不同。因而计算机图形学和
数字图像处理目前仍被作为两门不同课程。 计算机图形学是指将点、线、面、曲面等实体生
计算机图形学一种主要旳目旳就是利用计算 机产生令人赏心悦目旳真实感图形。为此，必须 建立图形所描述旳场景旳几何表达，再用某种光 照模型计算在假想旳光源、纹理、材质属性下旳 光照明效果，所以，计算机图形学与计算机辅助 设计有着亲密联络。
4
❖ 7.1.2 计算机图形处理旳基本概念 计算机图形处理是指把由概念或数学描述
目前正在研究下一代顾客界面，开发面对主流 应用旳自然、高效多通道旳顾客界面。研究多通道 语义模型、多通道整合算法及其软件构造和界面范 式是目前顾客界面和接口方面研究旳主流方向，而 图形学在其中起主导作用。
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➢ 地形地貌和自然资源图 国土基础信息是国家经济系统旳一种构成部
分。利用这些存储旳信息可绘制平面图、生成三 维地形地貌图，为高层次旳国土整改进行预测和 提供决策，为综合治理和资源开发研究提供科学 根据，在军事方面也有主要价值。