《图形图像显》课件

图形图像显这个PPT课件将介绍计算机图形学和图像处理的基本原理和方法从基本的2D和3D图形绘制,到图像的数字化处理,会全面探讨计算机图形图像的显示技术概述什么是图形和图像图形图像处理流程广泛应用领域图形和图像是使用数字方式表达的视觉元素图形图像处理包括获取、编码、存储、渲染图形图像广泛应用于计算机图形学、多媒体,包括线条、形状、色彩等,广泛应用于各种等步骤掌握各个环节的基本算法和技术是、虚拟现实等各种领域,是当代信息技术的领域了解它们的特点和分类有助于更好地有效使用图形图像的关键重要组成部分应用和创造什么是图形与图像图形和图像是计算机图形学中的两个基本概念图形指的是使用几何图元如点、线、曲线、多边形等绘制的二维或三维的几何构造图像则是通过采集光学信息而形成的二维数字阵列图形通常表示抽象的信息,而图像则通常表示现实世界的视觉表现两者在计算机图形学中往往结合使用,共同实现各种视觉效果图形与图像的特点丰富表现力直观交流图形和图像可以生动形象地表达各种概念、信息和情感,大大增强内视觉图像可以在瞬间传达大量信息,比文字更直观高效地与观众进行容的吸引力和感染力交流灵活多样信息综合图形图像可以采用各种样式和形式,从而更好地满足不同场景和需求将文字、图形和图像有机结合可以创造出更加丰富、立体的信息表达图形与图像的分类几何图形位图图像矢量图形混合图像包括点、线、面等基本几何图由像素阵列构成,采用数字编码由几何形状、颜色和轮廓线条结合了几何图形和位图图像,并元,可用数学公式精确描述描述图像细节和颜色信息构成,可无限放大而不失真可能包含三维信息二维图形的基本几何图元点直线圆和椭圆多边形图形和图像的最基本单元,没两个点之间的连线,具有长度封闭的曲线图形,通过不同的由多个直线连接形成的封闭图有长度和宽度,只有位置坐标和方向,可用来描述物体的边半径和长短轴比例可形成各种形,可用来描述不规则的边界可用来描述特定位置或标记界或轮廓形状广泛应用于设计和建模或轮廓特征基本几何图元的绘制算法直线绘制使用布雷森汉姆算法,通过计算像素点坐标来实现线段的绘制圆绘制利用圆的对称性,通过计算点坐标的增量来高效绘制圆形椭圆绘制将椭圆分成四个部分,分别计算每个部分的坐标增量来绘制多边形绘制通过连接多个线段来构造任意形状的多边形,并填充内部区域直线绘制算法端点确定1确定直线的起点和终点坐标斜率计算2根据两端点坐标计算直线斜率像素填充3通过增量法依次填充中间像素像素修正4校正因舍入产生的误差直线绘制算法是图形学中一种基础的算法,用于将给定的两个端点坐标连成一条直线算法首先确定直线两端点,计算斜率,然后使用增量法逐个填充中间像素最后还需要对因舍入产生的误差进行修正这些步骤保证了直线绘制的准确性和效率圆绘制算法参数方程1使用三角函数计算圆上每个点的坐标直接算法2直接计算每个像素点是否在圆内Bresenham算法3根据增量关系高效绘制圆圆绘制算法是计算机图形学中常用的一种基本算法从参数方程到Bresenham算法,算法的复杂度和效率都在不断提高,满足了从简单到复杂不同场景的需求椭圆绘制算法中点算法1中点算法是一种高效的绘制椭圆的方法,它通过计算椭圆上每个点的中点来生成平滑的椭圆轮廓Bresenham算法2Bresenham算法是一种使用整数坐标的高效椭圆绘制算法,它能减少浮点运算从而提高性能椭圆方程法3该方法直接利用椭圆的数学方程来计算每个像素的坐标,但需要更多的计算开销多边形绘制算法定义顶点坐标首先需要确定多边形各个顶点的坐标位置这可以由用户手动输入或从几何图形中自动提取连接顶点将多个顶点通过直线段连接起来,形成封闭的多边形图形需要注意顶点的连接顺序填充内部区域使用算法填充多边形内部区域,生成连续的颜色区域常见的算法包括扫描线填充和种子填充应用纹理和渲染可以在多边形表面应用纹理贴图,并使用光照渲染算法生成更逼真的效果颜色模型颜色模型简介RGB颜色模型颜色模型是描述颜色的数学模型RGB颜色模型通过红R、绿G,用于在计算机中表示和处理颜、蓝B三原色的组合产生各种色数据主要包括RGB、CMY和颜色,被广泛应用于电子显示设HSV三种常见的颜色模型备CMY颜色模型HSV颜色模型CMY颜色模型通过青C、品红HSV颜色模型基于人类对颜色的M、黄Y三原色的组合产生各感知方式,通过色调H、饱和度种颜色,主要应用于打印设备S和明度V三维空间表示颜色颜色模型RGB红色R红色通道决定了颜色的暖色调，是最强烈的原色之一绿色G绿色通道主要负责颜色的自然感和活力感，是三原色之一蓝色B蓝色通道则赋予颜色冷色调和深沉感，也是基本三原色之一颜色模型CMYCMY颜色模型减色混合CMYK颜色模型CMY颜色模型是一种减色模型,通过混合青在CMY颜色模型中,颜色的混合是通过减色CMYK模型在CMY的基础上添加了黑色色Cyan、品红Magenta和黄色Yellow原理进行的三原色的混合可以产生黑色,Key通道,可以产生更广泛的色域和更好的三种颜色来产生其他颜色它通常用于打印因此需要加入黑色K来获得更丰富的色彩图像质量,广泛应用于印刷行业和照相设备颜色模型HSV色相Hue饱和度Saturation明度Value色相表示颜色的基本属性,如饱和度表示颜色的纯度,从0到明度描述颜色的明暗程度,从0红、绿、蓝等,是色彩的纯度100%不等,决定颜色的浓淡程黑色到100%白色不等,决定和品质度颜色的明暗图像的表示位图图像矢量图像12以像素为基本单位,每个像素都以几何图形为基本单位,由线条有自己的颜色值广泛应用于、曲线、多边形等构成易于数码相机、扫描仪等设备缩放,常用于设计类应用混合图像3融合了位图和矢量图像的优势,既能保留细节,又可任意缩放适用于多种媒体制作位图图像像素数组色彩深度位图图像由一个二维像素数组组位图图像的色彩深度决定每个像成,每个像素包含颜色信息素可以表示的颜色数量图像质量文件格式位图图像的质量取决于分辨率和常见的位图图像文件格式有BMP色彩深度,分辨率越高,质量越好、JPEG、PNG等矢量图像基于数学公式描述专业编辑软件广泛应用场景矢量图像通过数学公式来描述图形,使其可常见的矢量图像编辑软件包括Illustrator、矢量图像可以应用于广告、印刷品、网页设以无限放大而不会失真这种图像格式适合CorelDraw和Inkscape等通过这些软件,设计、动画制作等多个领域,为创意提供更大用于logo、插图和技术性图表等场景计师可以自由编辑和创作矢量图像的自由度混合图像融合图像元素灵活编辑多种文件格式混合图像结合了矢量图形和位图图像的特点混合图像支持对各个图像元素进行单独编辑混合图像常采用SVG、PDF等支持矢量图形,能够更好地展现图像的细节和质量,提高了创的控制力和位图的文件格式图像处理的基本操作几何变换色彩变换滤波处理图像压缩通过缩放、旋转、平移等几何调整图像的亮度、对比度、色使用各种滤波算法去除图像中运用无损或有损压缩技术,减操作调整图像的大小和方向，彩饱和度等，增强图像的视觉的噪点和杂波,提高图像的清小图像文件大小,便于存储和实现对图像的基本处理效果晰度传输几何变换平移变换1平移变换是最基本的几何变换之一,通过改变图形在坐标平面上的位置,实现对图形的平移缩放变换2缩放变换可以对图形进行放大或缩小,从而改变图形的大小通过调整缩放比例可以实现不同的效果旋转变换3旋转变换可以让图形绕固定的中心点进行旋转,改变图形在坐标平面上的角度色彩变换灰度化1将彩色图像转换为灰度图像,只保留亮度信息色调调整2改变图像整体的色调,如变暖、变冷等饱和度调整3增加或减少颜色的饱和度,使图像更鲜艳或更淡雅色彩变换是图像处理中的重要操作,可以通过改变图像的灰度值、色调和饱和度等,实现不同的视觉效果这些基本的色彩变换为创造出富有特色的图像提供了强有力的工具滤波处理降噪1去除图像中的噪声干扰平滑2减少图像中的细节和锐利度锐化3增强图像的轮廓和边缘增强4调整图像的对比度和亮度滤波处理是图像处理中一种重要的基本操作,通过不同的滤波算法,可以实现图像的降噪、平滑、锐化和增强等效果,从而提高图像的质量和可用性滤波处理是一个循序渐进的过程,需要根据不同的应用场景选择适当的滤波方法图像压缩图像数据量大数字图像由大量的像素组成,每个像素包含丰富的颜色信息,因此原始图像的数据量通常很大减小数据体积为了降低存储和传输的成本,需要采取压缩技术来减小图像的数据体积,而不影响图像质量无损压缩与有损压缩无损压缩保留了所有图像信息,有损压缩则会丢失一些细节信息来换取更高的压缩率广泛应用图像压缩广泛应用于各种数字图像系统,如网络传输、数字存储、视频流媒体等图像压缩算法无损压缩有损压缩12无损压缩算法可以在不损失图有损压缩算法通过舍弃一些细像质量的情况下减小文件大小,节来进一步减小文件大小,如如Huffman编码和LZW算法JPEG和MPEG算法混合压缩压缩性能对比34结合无损和有损压缩,先用无损不同算法在压缩比、压缩速度压缩,再用有损压缩,可以在保留和图像质量保留方面各有优缺图像质量的同时大幅减小文件点,需要根据实际需求选择合适大小的压缩算法无损压缩算法保持原始图像质量压缩比较小无损压缩算法可以在不损失图像无损压缩算法的压缩率相对较低,细节和质量的情况下对图像数据一般只能将文件大小缩小到原来进行压缩这种算法适用于需要的一半左右,适用于对文件大小要保持高图像质量的场合求不太高的场合常见算法常见的无损压缩算法包括Huffman编码、算术编码、LZW压缩等,都能够在不损失图像质量的情况下减小文件大小有损压缩算法定义特点常见算法压缩质量调整有损压缩算法通过丢弃一些不有损压缩算法可以大幅减小文JPEG、MPEG等都是常见的有损压缩算法通常提供压缩质重要的信息来减小文件大小件大小,但会导致图像失真有损压缩算法,通过舍弃一些量参数,可以在清晰度和文件这种方法可以实现更高的压缩应用场景包括视频、音频等需高频信息来实现更高的压缩比大小之间进行权衡调整比,但会造成图像质量的损失要更小文件的场合图形图像渲染光栅图像渲染基于像素的图像渲染方式,通过逐个像素进行颜色填充和混合实现图像显示矢量图像渲染基于几何图元的图像渲染方式,通过描述图形的几何属性来实现图像显示颜色模型选择合适的颜色模型,如RGB、CMYK或HSV,可以有效地描述和处理图形图像光栅图像渲染逐像素绘制1一个个像素点集合而成图元填充2利用颜色和阴影填充图形光照效果3计算光线效果增加真实感抗锯齿算法4消除边缘锯齿状光栅图像渲染是指将矢量图形或图像数据转换为显示设备可直接显示的像素阵列的过程主要包括逐像素绘制、图元填充、光照效果计算以及抗锯齿算法等步骤,最终生成高质量的光栅图像矢量图像渲染数学模型1矢量图像是基于数学模型进行渲染,使用几何图形如线条、曲线和多边形来描述图像,具有清晰的边缘和可无限缩放的特点渲染过程2矢量图像渲染需要计算图形的几何特性,如坐标、颜色、透明度等,并将其转换为屏幕上的像素值这需要利用复杂的数学算法应用场景3矢量图像渲染广泛应用于图标、标志、字体等需要清晰显示和任意缩放的场景,如网页设计、UI设计和印刷品制作总结将前述的图形与图像的基本概念、特点、分类以及相关算法和技术进行全面总结,为后续的图形图像显示和应用奠定基础。