计算机图形学综述

虚拟现实技术的发展与应用沈翔宇（自动化08009101）目录引言 (3)一、虚拟现实的起源 (3)二、虚拟现实的实现 (4)三、虚拟现实技术的应用 (5)四、虚拟现实技术现状 (6)五、虚拟现实技术的未来发展展望 (8)参考文献 (9)引言虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。

它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间，具有广阔的应用前景。

一、虚拟现实的起源（一）虚拟现实的定义VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。

使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。

该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。

（二）虚拟现实的特点VR技术的每一步发展,都是围绕它的三个特征而前进的。

这三个特征为沉浸特征、交互特征和构想特征。

这三个重要特征用以区别相邻近的技术,如多媒体技术、计算机可视化技术。

沉浸特征,即在VR提供的虚拟世界中,使用户能感觉到是真实的进入了一个客观世界;交互特征,要求用户能用人类熟悉的方式对虚拟环境中的实体进行观察和操纵;构想特征,即“从定性和定量综合集成环境中得到感性和理性的认识,从而深化概念和萌发新意”(汪成为,1996)。

（三）虚拟现实技术发展的三个阶段VR技术的发展大致可分为三个阶段:20世纪50年代至70年代,是VR技术的准备阶段;80年代初至80年代中期,是VR技术系统化、开始走出实验室进入实际应用的阶段;80年代末至90年代初,是VR技术迅猛发展的阶段。

计算机图形学基础知识重点整理一、图形学的概念计算机图形学简单来说，就是让计算机去生成、处理和显示图形的学科。

它就像是一个魔法世界，把一堆枯燥的数字和代码变成我们眼睛能看到的超酷图形。

你看那些超炫的3D游戏里的场景、超逼真的动画电影，那可都是计算机图形学的功劳。

这个学科就是想办法让计算机理解图形，然后把图形按照我们想要的样子呈现出来。

二、图形的表示1. 点点是图形里最基本的元素啦。

就像盖房子的小砖头一样，很多个点组合起来就能变成各种图形。

一个点在计算机里就是用坐标来表示的，就像我们在地图上找一个地方，用经度和纬度一样，计算机里的点就是用x和y坐标（如果是3D图形的话，还有z坐标呢）来确定它在空间里的位置。

2. 线有了点，就能连成线啦。

线有各种各样的类型，直线是最简单的，它的方程可以用我们学过的数学知识来表示。

比如说斜截式y = kx + b，这里的k就是斜率，b就是截距。

还有曲线呢，像抛物线、双曲线之类的，在图形学里也经常用到。

这些曲线的表示方法可能会复杂一点，但也很有趣哦。

3. 面好多线围起来就形成了面啦。

面在3D图形里特别重要，因为很多3D物体都是由好多面组成的。

比如说一个正方体，就有六个面。

面的表示方法也有不少，像多边形表示法，就是用好多条边来围成一个面。

三、图形变换1. 平移平移就是把图形在空间里挪个位置。

这就像我们把桌子从房间的这头搬到那头一样。

在计算机里，平移一个图形就是把它每个点的坐标都加上或者减去一个固定的值。

比如说把一个点(x,y)向右平移3个单位，向上平移2个单位，那这个点就变成(x + 3,y + 2)啦。

2. 旋转旋转就更有意思啦。

想象一下把一个图形像陀螺一样转起来。

在计算机里旋转图形，需要根据旋转的角度和旋转中心来计算每个点新的坐标。

这就得用到一些三角函数的知识啦，不过也不难理解。

比如说以原点为中心，把一个点(x,y)逆时针旋转θ度，新的坐标就可以通过一些公式计算出来。

3. 缩放缩放就是把图形变大或者变小。

计算机图形学1. 简介计算机图形学是研究如何使用计算机来生成、处理和显示图像的一门学科。

它主要涉及图像的几何和物理特性的建模，以及图像的渲染和表示。

计算机图形学在各个领域中都有广泛的应用，包括游戏开发、电影制作、虚拟现实、医学成像等。

2. 图形学的基本概念图形学的基本概念包括点、线、多边形和曲线等基本元素，以及相应的数学方法和算法。

这些方法和算法用于描述和处理图像的几何特性，包括位置、方向、大小和形状等。

2.1 点和线在计算机图形学中，点是图像中最基本的元素，可以通过坐标系来表示。

线是由两个点之间的连接所形成的，可以通过直线方程或参数方程来描述。

2.2 多边形和曲线多边形是由多个线段连接而成的封闭图形，可以通过顶点的集合来描述。

曲线是由多个点按照一定规律连接而成的，可以通过控制点和插值方法来表示。

3. 图形的几何建模图形的几何建模是计算机图形学中的一个重要研究方向，它涉及如何使用数学模型来表示和描述物体的几何特性。

常用的几何建模方法包括点、线、面、体和曲面等。

3.1 点云和网格模型点云模型是一组离散的点的集合，它可以用于表示不规则形状的物体。

网格模型是一组由三角形或四边形面片组成的表面模型，它可以用于表示规则形状的物体。

3.2 曲面建模曲面建模是基于数学曲面的建模方法，它将物体表面抽象为由曲线和曲面组成的，可以通过控制点和插值方法来表示。

常用的曲面建模方法包括贝塞尔曲线和贝塞尔曲面等。

4. 图形的渲染和表示图形的渲染和表示是计算机图形学中的另一个重要研究方向，它涉及如何将图像的几何信息转化为可视的图像。

常用的渲染和表示方法包括光栅化、光线追踪和纹理映射等。

4.1 光栅化光栅化是将几何对象转化为像素的过程，它涉及将线段或多边形映射到屏幕上的像素点，并进行相应的着色和填充。

常用的光栅化算法包括Bresenham算法和扫描线算法等。

4.2 光线追踪光线追踪是一种以物理光线为基础的渲染方法，它从观察者的视角出发，沿着光线的路径跟踪物体的相交和反射，最终得到图像。

计算机图形学的发展和应用计算机图形学是计算机科学中一门重要的学科，它是利用计算机来创造、处理、存储和呈现图像的技术。

随着计算机技术的发展，计算机图形学逐渐成为计算机科学中一个重要而独立的领域，其应用范围也日益广泛。

一、计算机图形学的发展历程计算机图形学起源于20世纪60年代，当时主要应用于计算机仿真和视觉效果方面。

1963年，伊万·苏泽兰(Ivan Sutherland)发明了第一台基于交互式图形的计算机-画图程序Sketchpad，它是第一款实现计算机交互的图形软件，可以通过电路板和光笔来实现图形图像的绘制和编辑。

1969年，伊万·苏泽兰又发明了第一款基于矢量绘图的计算机图形系统，称为Sketchpad-2，它可以实现对图像的放大和缩小，旋转和平移等操作。

1970年代，计算机图形学开始应用于计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)方面，此外还应用于天文学、医学、地理信息系统(GIS)等领域。

1980年代，计算机图形学的发展速度加快，图形工具的性能大幅度提高，计算机游戏、3D动画和特效效果得以迅速发展。

1990年代，计算机图形学的发展又迈出了一个新的阶段，它开始承担起了虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等领域的任务。

如今，随着计算机硬件和软件的不断更新和发展，计算机图形学也在不断优化和拓展，为人类社会的发展做出着重要的贡献。

二、计算机图形学的应用领域1. 游戏开发计算机图形学在游戏开发中扮演着重要的角色。

它帮助游戏开发者创造出更加真实、惟妙惟肖的游戏场景和角色形象，让游戏玩家更加沉浸于游戏世界中。

随着3D图形技术的进步，现代游戏中所展现的场景和人物已经达到了以往难以想象的高度。

2. 医学计算机图形学在医学中的应用十分广泛，例如是利用计算机图形学技术来建立人体模型，并对人体模型进行操作和分析，这样医生在为病人制定治疗方案时，可以更加准确地进行定位和操作，避免手术操作的风险。

计算机图形学研究报告计算机图形学是计算机科学的一个重要分支，它将复杂的数学原理应用于计算机系统，以创建有效的图形表现形式。

这项研究一直是计算机科学领域最重要的研究之一。

在过去的几十年里，计算机图形学在众多领域都发挥着重要作用，例如，它在多媒体、游戏开发和数据可视化领域均有所体现。

计算机图形学的研究主要集中在几个不同的方面，包括3D模型及其视觉表示、渲染算法、曲面建模、图形输入和交互设计等技术。

这些技术的目的在于更有效地将复杂的3D世界表示为可视化的图形表示形式。

渲染算法将3D图形转换为更加真实的2D图像，而图形输入将对象控制方式转化为可用于识别对象的模拟控制方式。

此外，计算机图形学还在电影制作、机器视觉及图像分析等领域中发挥重要作用。

电影制作中的建模和渲染技术可以帮助制作人员快速制作出高质量的电影。

机器视觉可以通过模拟视觉系统来识别和分析图像，从而实现机器自动控制。

在图像分析中，计算机图形学技术可以自动检测出图像中的特征，从而帮助进行精准的图像分割和物体识别。

随着计算机图形学技术的进一步发展，越来越多的新技术出现在日常生活中。

增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术的出现，尤其是新型AR / VR应用程序的开发，将会加速计算机图形学技术的发展。

此外，智能图像和视频分析技术也在蓬勃发展，其中大量利用计算机图形学技术。

这些可以应用于软件开发、医学成像、安全监控、无人机技术等多个行业，从而改善技术的效率，提高人类生活的质量。

综上所述，计算机图形学的发展不断推动着计算机科学的发展，它在多个领域均发挥着重要作用。

它是计算机及其相关科学领域的一个基本理论，并在诸多领域中不断发展壮大。

随着计算机技术的不断进步，计算机图形学技术也将得到进一步的发展，继续促进计算机科学的发展，并为人们带来更多的方便。

计算机图形学论文学 号： 11001010123专 业： 信息与计算科学 班 级： 110010101 姓 名： 王俊才 指导教师： 傅由甲一．摘要计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。

简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。

计算机图形学作为计算机科学与技术学科的一个独立分支已经历了近40年的发展历程。

一方面,作为一个学科,计算机图形学在图形基础算法、图形软件与图形硬件三方面取得了长足的进步,成为当代几乎所有科学和工程技术领域用来加强信息理解和传递的技术和工具。

计算机图形学在我国虽然起步较晚,然而它的发展却十分迅速。

我国的主要高校都开设了多门计算机图形学的课程,并有一批从事图形学基础和应用研究的研究所。

在浙江大学建立的计算机辅助与图形学国家重点实验室,已成为我国从事计算机图形学研究的重要基地之一。

关键词：实现2D/3D 图形的算法，纹理映射，发展简史，发展趋势二、计算机图形学中运用到的技术算法(1)OpenGL 实现2D/3D 图形的算法OpenGL（全写Open Graphics Library）是个定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口的规格，它用于三维图象（二维的亦可）。

OpenGL是个专业的图形程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层图形库。

OpenGL是个与硬件无关的软件接口，可以在不同的平台如Windows 95、Windows NT、Unix、Linux、MacOS、OS／2之间进行移植。

因此，支持OpenGL 的软件具有很好的移植性，可以获得非常广泛的应用。

由于OpenGL是图形的底层图形库，没有提供几何实体图元，不能直接用以描述场景。

但是，通过一些转换程序，可以很方便地将AutoCAD、3DS/3DSMAX等3D图形设计软件制作的DXF和3DS模型文件转换成OpenGL 的顶点数组。

计算机图形学计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图像的学科领域。

它是计算机科学的一个重要分支，与计算机视觉和图像处理相关。

计算机图形学的发展促进了许多领域的进步，包括动画、游戏开发、虚拟现实等。

一、引言计算机图形学是指通过计算机技术实现图像的生成、处理和显示。

它利用算法和数学模型来模拟和渲染图像，以生成逼真的图像或动画。

计算机图形学在多个领域有着广泛的应用，如电影、游戏、建筑设计等。

二、图形学的基本原理1. 坐标系统图形学中常用的坐标系统是笛卡尔坐标系，它由横轴X、纵轴Y和垂直于二者的Z轴组成。

通过坐标系统，可以定位和描述图像中的点、线和面。

2. 图形的表示图形可以通过几何图元来表示，常见的几何图元有点、线和面。

点由坐标表示，线由两个端点的坐标表示，面由多个点或线组成。

3. 变换和投影变换是指对图像进行平移、旋转和缩放等操作，通过变换可以改变图像的形状和位置。

投影是将三维图像映射到二维平面上的过程，常见的投影方式有平行投影和透视投影。

4. 着色模型着色模型用于为图像添加颜色和材质信息，常见的着色模型有平均着色模型和Phong着色模型。

平均着色模型通过计算图像的平均颜色来实现简单的着色效果，Phong着色模型考虑了光照的影响，能够产生更加逼真的效果。

三、图形学的应用1. 电影和动画计算机图形学在电影和动画领域有着广泛的应用。

通过计算机图形学技术，电影制作人能够创建逼真的特效，包括爆炸、碰撞和飞行等场景。

动画片的制作也离不开计算机图形学的技术支持，它能够实现角色的自由移动、表情的变化等特效效果。

2. 游戏开发计算机图形学是游戏开发中不可或缺的一部分。

游戏中的人物、场景和特效都是通过计算机图形学技术来实现的。

游戏开发人员利用图形学算法和引擎来创建游戏中的3D场景和角色，并通过渲染技术使其看起来逼真。

3. 虚拟现实虚拟现实是一种模拟真实世界的计算机生成环境。

计算机图形学在虚拟现实领域的应用可以让用户身临其境地感受到虚拟环境的存在。

计算机图形学知识点大全计算机图形学是计算机科学中的一个重要分支，涵盖了图像处理、计算机视觉、图形渲染等多个领域。

本文将介绍计算机图形学的一些重要知识点，帮助读者更好地理解和应用这些知识。

一、基础概念1. 图形学概述：介绍计算机图形学的定义、发展历史以及应用领域。

2. 图像表示：探讨图像的表示方法，包括光栅图像和矢量图像，并介绍它们的特点和应用场景。

3. 坐标系统：详细介绍二维坐标系和三维坐标系，并解释坐标变换的原理和应用。

二、图像处理1. 图像获取与预处理：介绍数字图像的获取方式和常见的预处理方法，如去噪、增强和平滑等。

2. 图像特征提取：讲解图像特征提取的基本概念和方法，例如边缘检测、角点检测和纹理特征提取等。

3. 图像分割与目标识别：介绍常见的图像分割算法，如阈值分割、基于区域的分割和基于边缘的分割等，以及目标识别的原理和算法。

三、计算机视觉1. 相机模型：详细介绍透视投影模型和针孔相机模型，并解释摄像机矩阵的计算和相机标定的方法。

2. 特征点检测与匹配：讲解常用的特征点检测算法，如Harris 角点检测和SIFT特征点检测，并介绍特征点匹配的原理和算法。

3. 目标跟踪与立体视觉：介绍目标跟踪的方法，如卡尔曼滤波和粒子滤波，以及立体视觉的基本原理和三维重建方法。

四、图形渲染1. 光栅化：详细介绍光栅化的原理和算法，包括三角形光栅化和线段光栅化等。

2. 着色模型：介绍常见的着色模型，如平面着色、高光反射和阴影等，并解释经典的光照模型和材质属性。

3. 可视化技术：讲解常用的可视化技术，如体数据可视化、流场可视化和虚拟现实等，以及它们在医学、工程等领域的应用。

五、图形学算法与应用1. 几何变换：介绍图形学中的几何变换，包括平移、旋转、缩放和矩阵变换等，并解释它们在图形处理和动画中的应用。

2. 贝塞尔曲线与B样条曲线：详细介绍贝塞尔曲线和B样条曲线的定义、性质和应用，以及它们在曲线建模和动画设计中的重要作用。