图形学

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。

图形学复习提纲图形学复习提纲2010.10.10第1章引言1.1 计算机图形学及其相关概念计算机图形学（Computer Graphics）计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。

IEEE定义：Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer.计算机图形学的研究对象——图形通常意义下的图形：能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都称为图形。

两类图形要素：1.几何要素：点，线，面，体等；2.非几何要素：明暗，灰度，色彩等计算机图形学中所研究的图形：从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。

图形的两种表示方法：点阵法是用具有颜色信息的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩。

参数法是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。

通常把参数法描述的图形叫做图形（Graphics）把点阵法描述的图形叫做图象（Image）1.4 计算机图形系统1.4.2 计算机图形系统的结构课后作业：习题一（p19）1.1 名词解释：图形、图象、点阵法、参数法。

1.2 图形包括哪两方面的要素，在计算机中如何表示它们？1.3 什么叫计算机图形学？分析计算机图形学、数字图象处理和计算机视觉学科间的关系。

1.7 一个交互性计算机图形系统必须具有哪几种功能？其结构如何？第2章图形设备计算机图形系统包含哪些外部设备？图形输入设备：概念、特点图形显示设备：概念、结构原理、工作方式、特点图形绘制设备：概念、特点课后作业：习题二（p63）2.2. PC图形显示卡主要有哪几种？2.4. 试列举出你所知道的图形输入与输出设备。

2.5. 说明三维输入设备的种类以及应用范围。

2.6. 阴极射线管由哪几部分组成？它们的功能分别是什么？2.16. 什么是象素点？什么是显示器的分辨率？第3章交互式技术如何设计一个好的用户接口为什么要定义逻辑输入设备交互式绘图技术有哪些？设备的评价三个层次：⒈设备层: 硬件性能最优化⒉任务层：单任务：选择最佳的交互设备⒊对话层：多任务：比较优劣3.2.2 输入模式1. 请求方式（request mode）输入设备在应用程序的控制下工作：2. 取样方式（sample mode）应用程序和输入设备同时工作：输入设备不断地产生数据，并送入数据缓冲区；当程序遇到采样语句要求输入时，从数据缓冲区中读取数据。

计算机图形学教案【引言】计算机图形学是研究计算机如何生成、处理和显示图像的一门学科。

随着计算机技术的迅猛发展，图形学在多个领域都有着广泛的应用，比如游戏开发、动画制作、虚拟现实等。

本教案旨在介绍计算机图形学的基础知识和应用，帮助学生全面了解图形学的概念、原理和技术。

【一、基础知识】1. 图形学概念图形学是指通过计算机生成、处理和显示图像的学科领域。

它不仅包括了对形状、颜色和纹理的描述方法，还包括了图像的渲染、动画和交互等技术。

2. 图像表示方法介绍了图像的表示方法，包括位图（bitmap）和矢量图（vector）。

位图是将图像划分成像素点，每个像素点可以用颜色值表示；矢量图是通过描述图形的几何属性和参数来表示图像。

3. 基本几何图形讲解了常见的基本几何图形，比如点、线段、多边形等，并介绍了它们在计算机图形学中的表示方法和应用。

【二、图形生成】1. 二维图形生成介绍了二维图形的生成算法，包括直线生成算法、圆生成算法和多边形生成算法等。

通过这些算法，可以实现在计算机屏幕上绘制各种几何图形。

2. 三维图形生成讲解了三维图形的生成方法，包括线框模型生成、曲面生成和立体图形生成等。

通过这些方法，可以构建出逼真的三维图像，并进行灯光渲染和纹理映射。

【三、图形处理】1. 图像变换介绍了图像的平移、旋转、缩放和翻转等基本变换操作。

通过这些变换，可以改变图像在屏幕上的位置、大小和方向。

2. 图像剪裁讲解了图像剪裁算法，包括直线裁剪、多边形裁剪和曲线裁剪等。

通过这些算法，可以实现对图像进行裁剪，去除不需要显示的部分。

3. 图像填充介绍了图像填充算法，包括扫描线填充和种子填充等。

通过这些算法，可以实现对闭合图形的填充，使其显示出实心的效果。

【四、图形显示】1. 数字化显示讲解了如何将图像数字化，通过将图像分成像素点，并使用颜色值来表示每个像素点的方法，实现在计算机屏幕上显示图像。

2. 图像渲染介绍了图像渲染算法，包括光栅化渲染和线框渲染等。

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。

计算机图形学教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍计算机图形学的定义计算机图形学的发展历程计算机图形学的应用领域1.2 图形与图像的区别图像的定义图形的定义图形与图像的联系与区别1.3 计算机图形学的基本概念像素与分辨率矢量与栅格颜色模型图像文件格式第二章：二维图形基础2.1 基本绘图函数画点函数画线函数填充函数2.2 图形变换平移变换旋转变换缩放变换2.3 图形裁剪矩形裁剪贝塞尔曲线裁剪多边形裁剪第三章：三维图形基础3.1 基本三维绘图函数画点函数画线函数填充函数3.2 三维变换平移变换旋转变换缩放变换3.3 光照与材质基本光照模型材质的定义与属性光照与材质的实现第四章：图像处理基础4.1 图像处理基本概念像素的定义与操作图像的表示与存储图像的数字化4.2 图像增强对比度增强锐化滤波4.3 图像分割阈值分割区域生长边缘检测第五章：计算机动画基础5.1 动画基本概念动画的定义与分类动画的基本原理动画的制作流程5.2 关键帧动画关键帧的定义与作用关键帧动画的制作方法关键帧动画的插值算法5.3 骨骼动画骨骼的定义与作用骨骼动画的制作方法骨骼动画的插值算法第六章：虚拟现实与增强现实6.1 虚拟现实基本概念虚拟现实的定义与分类虚拟现实技术的关键组件虚拟现实技术的应用领域6.2 虚拟现实实现技术头戴式显示器（HMD）位置追踪与运动捕捉交互设备与手势识别6.3 增强现实基本概念与实现增强现实的定义与原理增强现实技术的应用领域增强现实设备的介绍第七章：计算机图形学与人类视觉7.1 人类视觉系统基本原理视觉感知的基本过程人类视觉的特性和局限性视觉注意和视觉习惯7.2 计算机图形学中的视觉感知视觉感知在计算机图形学中的应用视觉线索和视觉引导视觉感知与图形界面设计7.3 图形学中的视觉错误与解决方案常见视觉错误分析避免视觉错误的方法提高图形可读性与美观性第八章：计算机图形学与艺术8.1 计算机图形学在艺术创作中的应用数字艺术与计算机图形学的交融计算机图形学工具在艺术创作中的使用计算机图形学与艺术的创新实践8.2 计算机图形学与数字绘画数字绘画的基本概念与工具数字绘画技巧与风格数字绘画作品的创作与展示8.3 计算机图形学与动画电影动画电影制作中的计算机图形学技术3D动画技术与特效制作动画电影的视觉艺术表现第九章：计算机图形学的未来发展9.1 新兴图形学技术的发展趋势实时图形渲染技术基于物理的渲染动态图形设计9.2 计算机图形学与其他领域的融合计算机图形学与的结合计算机图形学与物联网的结合计算机图形学与生物医学的结合9.3 计算机图形学教育的未来发展图形学教育的重要性图形学教育的发展方向图形学教育资源的整合与创新第十章：综合项目实践10.1 项目设计概述项目目标与需求分析项目实施流程与时间规划项目团队组织与管理10.2 项目实施与技术细节项目技术选型与工具使用项目开发过程中的关键技术项目测试与优化10.3 项目成果展示与评价项目成果的展示与推广项目成果的评价与反馈重点和难点解析一、图像的定义与图像的定义，图形与图像的联系与区别1. 学生是否能够理解并区分图像和图形的概念。

计算机图形学基础知识重点整理一、图形学基础知识1、图形学的定义：图形学是一门研究图形的计算机科学，它研究如何使用计算机来生成、处理和显示图形。

2、图形学的应用：图形学的应用非常广泛，它可以用于计算机游戏、虚拟现实、图形用户界面、图形设计、图形处理、图形建模、图形分析等。

3、图形学的基本概念：图形学的基本概念包括图形、坐标系、变换、光照、纹理、投影、深度缓冲、抗锯齿等。

4、图形学的基本算法：图形学的基本算法包括几何变换、光照计算、纹理映射、投影变换、深度缓冲、抗锯齿等。

5、图形学的基本技术：图形学的基本技术包括OpenGL、DirectX、OpenCL、CUDA、OpenGL ES等。

二、图形学的基本原理1、坐标系：坐标系是图形学中最基本的概念，它是一种用来表示空间位置的系统，它由一系列的坐标轴组成，每个坐标轴都有一个坐标值，这些坐标值可以用来表示一个点在空间中的位置。

2、变换：变换是图形学中最重要的概念，它指的是将一个图形从一个坐标系变换到另一个坐标系的过程。

变换可以分为几何变换和光照变换，几何变换包括平移、旋转、缩放等，光照变换包括颜色变换、照明变换等。

3、光照：光照是图形学中最重要的概念，它指的是将光照投射到物体表面，从而产生颜色和纹理的过程。

光照可以分为环境光照、漫反射光照和镜面反射光照。

4、纹理：纹理是图形学中最重要的概念，它指的是将一张图片映射到物体表面，从而产生纹理的过程。

纹理可以分为纹理映射、纹理坐标变换、纹理过滤等。

5、投影：投影是图形学中最重要的概念，它指的是将一个三维图形投射到二维屏幕上的过程。

投影可以分为正交投影和透视投影，正交投影是将三维图形投射到二维屏幕上的过程，而透视投影是将三维图形投射到二维屏幕上，从而产生透视效果的过程。

图形学知识点总结一、基本概念1. 图像：图像是由像素组成的二维矩阵，每个像素代表了图像中的一个点的位置和颜色信息。

图像可以是静态的，也可以是动态的。

静态图像通常是以位图或矢量图的形式存在，而动态图像则是由一系列静态图像组成的连续流。

2. 图形：图形通常是通过数学模型和算法来描述和生成的。

它不仅包括了图像，还包括了各种形状、几何对象和运动效果等。

3. 图形学：图形学是研究如何合成、生成、处理和显示图像和图形的学科。

它涉及到计算机图形学、计算机视觉、图像处理、模式识别和机器学习等多个领域。

4. 渲染：渲染是指通过光线追踪或光栅化等技术将三维场景转换为二维图像的过程。

它是图形学中最重要的技术之一，用于模拟真实光线的传播、遮挡和反射等物理效果。

5. 建模：建模是指通过数学模型或几何描述来表示和描述物体、场景和几何对象的过程。

它包括了三维建模和曲面建模等技术。

6. 可视化：可视化是指通过图像和图形来呈现和展示数据、信息和模型的过程。

它包括了科学可视化、信息可视化和虚拟现实等技术。

二、图形学原理1. 光栅化：光栅化是一种将连续的几何模型和图像转换为离散的像素和像素面片的过程。

它是实现图形显示和渲染的核心技术之一。

光栅化算法主要包括了扫描线填充算法、多边形填充算法和三角形光栅化算法等。

2. 光线追踪：光线追踪是一种通过模拟光线的传播、遮挡和反射等物理效果来生成真实感图像的技术。

它是实现高质量渲染的主要方法之一。

光线追踪算法主要包括了蒙特卡罗光线追踪、路径追踪和光线追踪加速算法等。

3. 几何变换：几何变换是一种通过矩阵变换来实现图形和几何模型的平移、旋转、缩放和变形等操作的技术。

它是实现图形编辑和模型建模的基本方法之一。

几何变换算法主要包括了仿射变换、欧拉角变换和四元数变换等。

4. 图像处理：图像处理是一种通过数字信号处理来实现图像的增强、分析、识别和理解等操作的技术。

它是实现图像编辑和计算机视觉的关键技术之一。

图形学基本概念和应用场景图形学（Computer Graphics）是计算机科学的一个分支，主要研究如何利用计算机生成、处理和显示图形。

随着计算机技术的发展，图形学在工业设计、游戏开发、电影制作等领域得到了广泛应用。

本文将简要介绍图形学的基本概念和应用场景。

1. 图形学基本概念（1）坐标系坐标系是指用来描述图形中点的位置及其变化的一种规则系统。

常用的坐标系有笛卡尔坐标系、极坐标系等。

在笛卡尔坐标系中，一个点可由两个数值表示，即横坐标和纵坐标。

（2）二维图形二维图形是指在平面内的图形，主要由点、直线和曲线组成。

在二维图形中，常用的算法有线性插值、Bezier曲线等。

（3）三维图形三维图形是指在三维空间中的图形，主要由点、线、面和体组成。

在三维图形中，需要考虑深度、投影等因素。

常用的算法有立体几何、裁剪算法等。

2. 图形学应用场景（1）工业设计在工业设计中，图形学被广泛应用于汽车设计、建筑设计等领域。

借助图形学技术，设计师可以创建三维模型、进行虚拟试验和仿真等。

（2）游戏开发游戏中的画面和动画通常需要使用图形学技术来实现。

借助图形学技术，可以实现逼真的场景、创造立体的人物形象等。

（3）电影制作电影中的特效、虚拟场景等需要使用图形学技术来实现。

通过图形学技术，可以创建逼真的虚拟角色、创造独特的场景效果等。

（4）医学影像医学影像处理也是图形学的一个重要应用领域。

医学影像可以借助图形学技术进行3D重建，从而提高医学成像的准确度和效率。

总之，图形学在科技领域的应用广泛，不仅能够为人们的生活带来更多的便捷和乐趣，也对现代科技的发展起到了重要作用。

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。