下载文档原格式
计算机图形学中的图形处理与实时渲染计算机图形学是一门研究如何生成、处理和显示计算机图形的学科。
它的应用范围广泛，涉及到电影制作、游戏开发、虚拟现实等领域。
在计算机图形学中，图形处理和实时渲染是两个重要的方面。
图形处理是指对图形数据进行处理和操作的过程。
它包括了图像的采集、存储、压缩、编辑、变换等一系列操作。
图形处理的目的是改善图像的质量、增强图像的细节、减少图像的噪声等。
在计算机图形学中，图形处理常常用于对图像进行预处理，以便后续的渲染和显示。
实时渲染是指在有限的时间内生成和显示图像的过程。
与离线渲染相比，实时渲染要求在较短的时间内生成高质量的图像。
实时渲染在游戏开发、虚拟现实等领域有着广泛的应用。
为了实现实时渲染，需要使用高效的算法和技术，如光栅化、着色、阴影等。
这些技术可以使图像在实时渲染过程中快速生成，并保持良好的视觉效果。
在计算机图形学中，图形处理和实时渲染密切相关。
图形处理可以为实时渲染提供高质量的图像数据，而实时渲染则可以实现对处理后图像的实时显示。
两者的结合可以使计算机图形学的应用更加广泛和强大。
图形处理和实时渲染的发展离不开硬件和软件的支持。
随着计算机硬件的不断进步，图形处理和实时渲染的速度和质量都得到了显著提升。
同时，图形处理和实时渲染的算法和技术也在不断创新和改进。
这些技术的不断发展为计算机图形学的应用提供了更多的可能性。
除了游戏开发和虚拟现实，图形处理和实时渲染还在其他领域有着广泛的应用。
例如，在医学图像处理中，图形处理和实时渲染可以用于对医学图像进行分析和诊断。
在工业设计中，图形处理和实时渲染可以用于对产品进行建模和展示。
在艺术创作中，图形处理和实时渲染可以用于创作出各种视觉效果。
总之，计算机图形学中的图形处理和实时渲染是两个重要的方面。
它们的发展为计算机图形学的应用提供了更多的可能性。
随着技术的不断进步，图形处理和实时渲染在各个领域的应用将会越来越广泛。
我们可以期待，在未来的日子里，图形处理和实时渲染将会继续发展，为我们带来更加出色的视觉体验。
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。
计算机图形学中的实时渲染技术随着计算机硬件的不断更新，计算机图形学技术也在不断进步。
实时渲染技术作为计算机图形学领域的重要一环，对于游戏、多媒体等产业的发展具有至关重要的作用。
本文将对计算机图形学中的实时渲染技术进行详细的介绍和探讨。
一、实时渲染技术的基础1.1 渲染管线计算机图形学中的渲染是指将场景中的三维物体，通过渲染管线的一系列处理步骤，最终在屏幕上呈现出来的过程。
渲染管线是将三维图形转化为二维图形的一条重要通道。
渲染管线包括顶点处理、图元装配、光栅化等阶段，其中不同的阶段处理不同的信息，通过组合不同的处理步骤，最终得到渲染结果。
通过深入了解渲染管线的原理和技术，能够更好地掌握实时渲染技术的基础，并进一步将其应用到实际项目中。
1.2 着色模型计算机图形学中的着色模型包括基本的颜色模型和光照模型。
其中，颜色模型涉及到颜色的表达方式，而光照模型则涉及到如何计算物体表面的光照效果。
常用的颜色模型包括RGB、HSV等，常用的光照模型包括环境光照、漫反射光照、高光反射光照等。
二、实时渲染技术的发展历程2.1 固定管线渲染技术20世纪90年代初期，固定管线渲染技术（fixed-function pipeline）被广泛应用于计算机图形学中。
固定管线渲染技术是指通过在GPU中硬编码一个固定的渲染管线，实现基本的渲染功能。
该技术虽然简单易用，但灵活性较差，限制了渲染效果的进一步提升。
2.2 可编程管线渲染技术2002年，NVIDIA公司发布了第一款支持可编程管线的显卡——GeForce 3。
可编程管线渲染技术的出现，使得渲染管线的各个阶段可以自由配置，拥有更大的灵活性。
同时，可编程管线还支持自定义着色器程序，用户可以自由编写着色器代码，实现更多样化的渲染效果。
2.3 基于物理学的渲染技术基于物理学的渲染技术（physically-based rendering，PBR）是一种更加真实的渲染方法。
该方法使用更加精确的光学物理模型，考虑真实世界中光线的传播和反射规律，推导出更加符合真实世界的渲染效果。
国防科学技术人学研究生院学位论文然后他用泛函求导方法导出高斯函数的一阶导数，此即为该最佳函数的最好近似，且有简便的计算方法。
在进行处理前，Ｃａｎｎｙ算法先用高斯平滑滤波器来平滑图像用来除去噪声，即用高斯平滑滤波器与图像作卷积。
滤波的目的是为了消除噪声，因为图像中的噪声在图像傅旱叶变换中对应着高频部分，所以要在频域中削弱噪声的影响，就要设法减弱这部分的频率分量。
实际工作中，人们常常采用低通滤波器来实现。
然而大多数滤波器在降低噪声的同时也导致了边缘强度的损失（边缘也对应着高频部分）。
因此，需要在边缘与噪声之间作一个折衷，采用高斯平滑滤波器是一个较好的折衷方案。
增强边缘是将邻域（或局部）强度值有显著变化的点突出来，它一般通过计算梯度幅值来完成的，Ｃａｎｎｙ分割算法采用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向。
对一个边缘来说，其一阶导数在边界处存在一个向上的阶跃或者其二阶导数过零点。
导数的计算对噪声很敏感，而一般的边缘检测也正是利用求导数来实现的。
在处理过程中，Ｃａｎｎｙ算法还将经过一个非极大值抑制（ＮｏｎｍａｘｉｍａｌＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）的过程。
最后，Ｃａｎｎｙ算法将采用两个阈值来连接边缘。
非极大值抑制是为了保证边缘线被细化为一个象素的宽度，Ｃａｎｎｙ算子采用边缘梯度方向的非极大抑制方法。
如果在４５度和１３５度边缘方向的每边区域的狄度值是相同的，这种方法容易产生厚边缘。
如图２．１所示，其原因是这些边界象素点在边缘方向上没有邻接边界点。
我们可以用这种方法消除这种厚边缘，对边缘方向为４５度和１３５度的象素点与它的水平或垂直方向的邻接边界点作比较，如果它的水平或垂直方向的邻接边界点也有同样的边缘方向，则删除它的邻接边界点，显然这种方法可以消除这种厚边缘。
鼬２．１１３５度厚边缘示意ｌ璺Ｉ２．２．２边界线断点填充用Ｃａｎｎｙ算子来提取图像的边界一个最大的优点就是很容易把边缘细化为单象素宽度，而且效果也较好，但是在边缘细化过程中在边界上容易产生断点，而且随高斯函数的口系数的不同及两个阈值参数的不同，产生的断点的个数与断点间隔长度也不同，因此我们必须对断点进行填充，国防科学技术入学研究生院学位论文圈２．４新算法实验结＿聚图ｌ（ｂ）ＳＵＳＡＮ酗２．５新算法实验结果幽２（ａ）Ｈａｒｒｉｓ（ｂ）ＳＵＳＡＮ（ｃ）ｎｅｗａｌｇｏｒｉｔｈｍ图２６新算法实验结果倒３（ｂ）ＳＵＳＡＮ（ｃ）ｎｅｗａｌｇｏｒｉｔｈｍ幽２７新算法实验结果幽４国防科学技术人学研究生院学佟论文其中ｋ为一个尺度因子系数。
实景合成原理及应用实例实景合成(Image-based Rendering) 是指根据已有的场景图像或模型信息，通过计算机算法生成新的合成图像的过程。
实景合成技术在计算机图形学、计算机视觉、虚拟现实等领域得到广泛应用。
实景合成的原理主要分为两种方法：基于图像的实景合成和基于模型的实景合成。
1. 基于图像的实景合成：基于图像的实景合成是在已有的一组图片上进行合成。
这种方法利用图像的纹理和颜色信息，通过对图像进行几何和光照的变换，生成新的合成图像。
常用的方法包括纹理映射(Texure Mapping)和视图插值(View Interpolation)。
- 纹理映射：纹理映射是将一个图片的纹理映射到另一个几何模型上的过程。
通过将源图像中的纹理信息根据新的几何模型进行变换，可以生成一个新的合成图像。
纹理映射广泛应用于计算机游戏、虚拟现实、电影特效等领域。
- 视图插值：视图插值是在已知的多个角度或视角的图像上生成新的视角图像。
通过计算不同视角图像之间的差异，再根据新的视角位置生成中间视角的图像。
视图插值在视频压缩、视频合成等领域中得到广泛应用。
2. 基于模型的实景合成：基于模型的实景合成是在已有的三维模型或场景信息的基础上进行合成。
这种方法利用已知的几何、光照和材质等信息，通过渲染算法生成新的合成图像。
常用的方法包括光线追踪(Ray Tracing)和辐射传输方程(Radiosity)。
- 光线追踪：光线追踪是一种模拟光线在场景中的传播和反射的算法。
通过追踪反射、折射和阴影等现象，计算光线最终到达像素的颜色和亮度。
光线追踪可以生成高质量的合成图像，但计算复杂度较高，常用于电影特效和产品设计等领域。
- 辐射传输方程：辐射传输方程是描述光在物体表面上的传播和散射的方程。
通过求解辐射传输方程，可以计算物体表面上每个点的颜色和亮度。
辐射传输方程常用于室内场景的光照计算和逼真的渲染。
实景合成技术在多个领域都有广泛应用。
计算机图形学课程设计题目名称：真实感与非真实感显示技术综述班级：学号：学生姓名：真实感与非真实感显示技术综述摘要在基于非真实感绘制的实时场景渲染过程中，为了达到更逼真的效果，三维物体在光照作用下产生的阴影需要被实时绘制并能1够体现设计者的风格。
本文利用现代可编程图形显示硬件技术，提出了一种基于阴影线算法的阴影绘制方法，与采用传统的阴影图方法绘制阴影的效果相比较，该方法具有更好的艺术效果。
在本系统中, 我们主要采用了两种消隐方法, 它们是背面删除及Z 缓冲区深度排序法。
背面删除法用于单个实体的消隐, 而Z 缓冲区深度排序则用于整个3D 布景的隐藏面的删除。
通过这两种类型的隐藏面的消隐方法, 我们就可以生成一个真实的3D 图形。
关键词：非真实感绘制阴影图消隐方法背面删除法 Z缓冲区深度排序法一、计算机图形学的概念在介绍真实感显示与非真实感显示技术之前，首先简单了解一下计算机图形学的概念。
计算机图形学（Computer Graphics，简称CG）是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专用的显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。
简单地说，计算机图形学就是利用计算机研究图形的表示、生成、处理、显示的学科。
图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。
图形的具体应用范围很广，但是从基本的处理技术看主要分为两类：一类是线条式：如工程图、地图、曲线图表、电路的原理图、曲面的线框图等（如图1）；另一类是明暗图(Shanding)：与照片相似，也就是通常所说的真实感图形，如汽车、飞机、轮船等的外型设计以及各种艺术品造型设计等（如图2）。
图1 利用线条来模拟人脸为了生成图形，首先要有原始数据或数学模型，如工程人员构思的草图，飞机的总体方案模型，企业经营的月统计资料等。
这些数字化的输入经过计算机处理后变成图形输出。
图形处理过程如图2 真实感图形正如上面所述，在科学计算的可视化过程中,将计算结果以图形方式显示出来,而三维实体图形给人以最清新、最直观、最完美的感觉,二、真实感显示的消隐方法2.1 概述在系统中,我们主要采用了两种消隐方法,它们是背面删除及Z缓冲区深度排序法。
虚拟现实技术试题（一）1、虚拟现实是一种高品住人机接口.涉及通过视觉、听觉.触觉、嗅觉和味觉等各科感觉通道实时揆仿和实时交互。
2、虚拟规实与普通CAD系统所产生模型以及老式三维动画是不同样。
3、虚拟现实技术应当具备三个特性:Immersion（沉浸）Interaction（交互）Imaginatiorn（想象）4、一种典型虚拟现实系统构成重要由头盈显示没备多传感器组力反馈菠置5、从虚拟现实技术有关就念可以希出？虚拟现实技术在人机交互方面疔了很大改进。
常被称之为“基于囱然人机界面”计算机综合技术?是一种发展前景非常辽阔新技术。
6、依照虚拟现实对“沉浸性”限度和交互限度不同.可把虚拟现实系统划分为四种典型类型沉浸式桌面式增强式分布式。
7、关于虚拟现实输入设备重要分为两类。
三维位jD艮踪器8、在虚拟现实系统输入设某些，基于自然交互设备重要有力反馈役备数据手鸟三维凤标.汉三维定位$艮踪设备是虚拟现实系统中核心设备之一，普通要跟琮参加对象宽度.高度.深度、俯仰角（pitch）?妗动角（yaw）和偏箱角（roll）,咱们称为6自由度（6D0F）o10、空间位置跟踪技术有各种，常用琅踪系统有机械跟琮器电磁跟琮容超声波跟琮器惯性跟琮容光学垠踪器。
11、所谓力反馈，是运用先进技术手役将虚拟扬体空问无能运动转■变成物理没备机械运动，使顾客可以体验到真实力度感和方向感，从而提供一种崭新人机交互界面。
该项技术黄早应用于尖端医学和军半领域。
12、立体显示技术是虚拟现实系统一种极为重要支搏技术。
要实现立体显示。
现已有各种办法与手段进行实现。
重要有互补色偏振光时分式光祗式？A?三维显示.12.正是由于人类两眼视差，使人大脑能将两眼所得到细微差别图像进行触合，从而在大脑中产生有空间感立体物体视觉。
13.HMD（Head_Mounted_Display）,头盔式显示屏，重要构成是显示元件？、光学系统14.洞穴式立体显示装IS（CAVEComputerAutomaticVirtualEnviroment）系统是一奈基于高品位计算？机多面式房间式立体投形解决方案.CAVE重耍构成由高性能图形工作站投影设备乜艮跖：系统声音系统。
基于真实感的虚拟现实关键技术研究魏晓光;唐潇;张倩【摘要】为了兼顾虚拟现实仿真应用中的真实感和实时性,以便营造流畅且高逼真的模拟环境,对真实感实时绘制关键技术进行具体研究.选取多细节层次模型(LOD)作为研究对象,并采用三角形网格简化模型对地形生成算法进行处理,提高了渲染速度.此外,采用基于三维透视投影的可视化策略对LOD选择机制进行设计,增强了场景的真实感.使用Visual C++开发语言和OpenGL开发工具对设计的LOD模型进行实现.模拟结果显示,提出的方法绘制效率较好,能够达到比较理想的场景仿真效果.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2019(042)009【总页数】4页(P111-114)【关键词】虚拟现实;真实感;实时绘制;多细节层次模型;渲染速度;OpenGL【作者】魏晓光;唐潇;张倩【作者单位】河北金融学院河北省高校智慧金融应用技术研发中心,河北保定071000;河北金融学院教务处,河北保定 071000;河北软件职业技术学院信息工程系,河北保定 071000【正文语种】中文【中图分类】TN911-34;TP3930 引言随着计算机技术的不断发展，虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术也随之不断成熟和普及。
由于具有“身临其境”的真实感，虚拟现实能够以更加自然和逼真的人机交互方式给用户带来全新的体验经历[1⁃3]。
因此，虚拟现实逐渐成为近十年来比较热门的研究方向。
作为一个多学科综合发展的产物，虚拟现实技术主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面，是仿真技术与计算机图形学、人机交互技术、信息处理技术、传感器技术等多种技术的集合。
与现有的其他仿真技术相比，虚拟现实能够完成多维信息空间的仿真和建模，同时提供了更高的逼真度[4]。
但是，现有的虚拟现实技术仍具有某些局限性。
由于计算机处理性能的限制，在虚拟仿真中对图像进行实时绘制时需要对逼真度和绘制速度进行有效平衡，从而在现有硬件条件下为用户提供流畅的真实感体验[5]。
基于图像处理的虚拟现实场景建模与仿真虚拟现实（Virtual Reality, VR）是一种利用计算机技术创造出的全新交互体验方式。
通过模拟现实世界的感官输入和输出，虚拟现实可以让用户身临其境地感受到一个通过计算机生成的虚拟环境。
在虚拟现实技术中，虚拟场景的建模与仿真是至关重要的一环，而图像处理技术在其中发挥着重要的作用。
基于图像处理的虚拟现实场景建模与仿真技术是一种利用计算机图像处理和计算机视觉技术，将真实世界中的场景转换成可供虚拟现实系统重现的虚拟环境。
该技术利用计算机对图像进行分析、处理和合成，以及三维几何建模技术，使虚拟现实系统能够生成高度逼真的虚拟现实场景。
在基于图像处理的虚拟现实场景建模与仿真中，首先需要获取真实世界的图像数据。
利用摄像机设备或者激光扫描仪可以获取真实场景的三维结构和颜色信息。
接下来，利用图像处理技术对这些图像数据进行分析和处理，提取出场景的几何形状、表面材质和纹理等特征。
同时，由于摄像机或激光扫描仪获取的数据可能存在噪声和失真，图像处理技术也可以用来对数据进行滤波和校正，提高场景的准确度和真实感。
在场景的建模中，需要利用图像处理技术将真实场景的数据转换为计算机可识别和处理的形式。
一种常见的方法是三维重建，即根据摄像机或激光扫描仪获取的图像数据，通过三维重建算法生成场景的三维几何模型。
该算法利用图像处理技术对图像进行立体视觉分析，恢复场景中物体的三维位置和形状，并进行点云数据的重建。
另外，对于需要精确表达物体外观的场景，还可以利用纹理映射技术将真实场景的颜色信息贴到模型表面，从而增强场景的真实感。
在虚拟现实场景的仿真过程中，图像处理技术被广泛应用于图像生成、纹理合成和光照模拟等方面，以实现对虚拟现实场景特性的准确仿真。
通过图像处理技术，可以生成逼真的虚拟图像，包括物体的外观、纹理和颜色等。
纹理合成技术可以根据真实场景的纹理信息，自动生成逼真的纹理图像，并将其应用于虚拟场景中的物体表面。
