《基本图形处理功能》课件

基本图形处理功能基本图形处理功能是计算机图形学的基础，涉及点、线、面、体等基本几何元素的创建、变换、绘制等操作图形处理的基本概念计算机图形计算机图形学是利用计算机生成和处理图像的学科它涵盖了图像的创建、处理、显示和交互等各个方面图形处理图形处理是计算机图形学的一个重要分支，它专注于对图形数据的处理，包括图形的创建、编辑、渲染和显示等图形处理系统图形处理系统是专门用于处理图形数据的硬件和软件系统，包括显示设备、图形卡、图形软件等图形处理的基本概念定义和作用定义作用

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2.12图形处理是使用计算机技术图形处理技术可以用于各种来创建、编辑、操作和显示应用，包括游戏、动画、电图像的过程影、设计、医学成像等核心目标

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4.34图形处理的核心是通过数学图形处理的最终目标是创造算法和数据结构来模拟和渲逼真、富有表现力的图像，染真实的图像为用户提供更直观的视觉体验应用领域电影制作建筑设计电影制作广泛运用图形处理游戏开发医学影像技术，包括特殊效果、动画建筑设计利用图形处理技术制作和视觉特效图形处理在现代游戏开发中进行建模、可视化和渲染，医学影像使用图形处理技术不可或缺它用于创建逼真创造逼真的建筑模型，如CT、MRI和超声波扫的场景、角色和特效描，为诊断和治疗提供帮助图形的基本知识图形处理中的基本概念和要素，为后续的图形绘制、变换和显示奠定基础图形的组成元素点线点是图形最基本的元素，它代线是由多个点连接而成的线表着屏幕上的一个像素多个可以是直线、曲线、折线等，点可以组成线、面、体等更复它们可以用来表示物体的外轮杂的图形廓或线条面体面是由多个线段或曲线围成的体是由多个面围成的，用来表面可以是平面、曲面等，用示物体的形状和空间位置来表示物体的表面图形的基本知识二维坐标系RGB颜色模型色环在计算机图形学中，二维坐标系用于表RGB颜色模型是计算机图形学中最常用的色环是一种用于展示颜色关系的工具，示图形的位置和大小X轴和Y轴分别代颜色模型之一，它使用红色、绿色和蓝它将不同的颜色按照色相、饱和度和明表水平方向和垂直方向色三种基本颜色来表示所有颜色度进行排列，方便设计师选择颜色图形绘制的基本算法计算机图形学中，图形绘制算法用于将几何形状转换成屏幕上的像素点这些算法通过计算几何图形的边界点，并使用不同的技术来填充像素，从而生成视觉效果线段绘制算法基本算法DDA算法线段绘制算法是图形学中最基DDA算法是一种简单直观的算本的操作之一，用于在屏幕上法，它通过计算线段起点和终绘制直线点之间的斜率来确定每个像素点的位置Bresenham算法中点算法Bresenham算法是一种高效的中点算法是一种基于中点判断算法，它通过对线段的斜率进的算法，它可以有效地减少计行分析，利用整数运算来确定算量，并实现像素点的精确绘像素点的坐标制多边形绘制算法扫描线算法边界填充算法按扫描线顺序遍历多边形，在每条扫描从多边形内部的某个点开始，沿着多边线上找到多边形与扫描线的交点，并根形的边界进行填充，直到所有内部点都据交点对扫描线进行填充被填充圆绘制算法中点画圆法Bresenham画圆法中点画圆法是一种效率高的圆绘制算法它通过判断圆心到圆Bresenham画圆法是另一种常用的算法，它利用差值和增量判周上点的距离，利用中点判断来确定下一个像素点断来确定圆周上的像素点，效率更高几何变换

4.几何变换在计算机图形学中是一个重要的概念，它可以对图形进行平移、旋转、缩放和反射等操作，实现对图形的各种变换和效果平移平移概念平移公式平移是指将图形沿某个方向移动一设图形上任意一点的坐标为x,y，定距离，图形的大小和形状保持不平移向量为tx,ty，则平移后点的变坐标为x+tx,y+ty缩放

1.缩放的概念

2.缩放中心12缩放是指对图形进行放大或缩小，改变其尺寸缩放中心是图形进行缩放的参考点，图形以该点为中心进行放大或缩小

3.缩放比例

4.缩放矩阵34缩放比例是指图形放大或缩小的倍数，大于1表示放大，小缩放矩阵是用于对图形进行缩放的数学矩阵，用于计算缩放于1表示缩小后的坐标旋转绕固定点旋转旋转角度表示旋转量顺时针旋转为正，逆时针旋转为负反射镜像变换类型沿对称轴翻转物体，创造镜像包括水平反射、垂直反射和轴效果反射应用用于生成镜像图像、创建对称图形裁剪与显示

5.裁剪是图形处理中一个重要的概念它涉及到确定显示区域内的图形部分，并将其他部分隐藏显示是指将经过裁剪的图形在屏幕或其他输出设备上呈现出来窗口裁剪窗口区域裁剪操作多窗口裁剪定义要显示图形的区域，通常是一个矩仅显示窗口区域内的图形，隐藏超出区允许使用多个窗口来显示图形的不同部形域的部分分，提高视觉效果视口变换视口变换将裁剪后的窗口坐标映射到屏幕上的物理坐标确定图形在屏幕上的显示位置和大小光照模型光照模型是计算机图形学中模拟物体表面光照效果的技术它根据光源类型、物体材质和环境光照条件来计算物体表面上的颜色和亮度环境光均匀漫射光物体表面环境光照射到物体表面上时环境光会均匀地照亮物体表，不会产生明显的阴影，也面，使整个物体都呈现出柔不会造成反射和的光线效果光照模型在计算机图形学中，环境光通常被用来模拟自然光线或室内照明漫反射光线散射表面粗糙度光线照射到物体表面时，光线漫反射的程度与物体表面的粗会向各个方向散射，形成漫反糙度有关，表面越粗糙，漫反射现象射越强光线强度漫反射光线的强度与入射光线强度成正比，与入射角的余弦成正比镜面反射镜面反射光泽度模拟光线在光滑表面上的反射，呈现出亮点光泽度参数控制镜面反射强度，高光泽度表和高光效果镜面反射取决于光源方向、表面反射更集中，低光泽度表面反射更分散面法线和观察方向阴影处理

7.阴影是图形处理中重要的渲染效果，它增强了真实感和深度感通过模拟光源照射物体产生的阴影，可以使图形更加逼真，增强立体感平行光源阴影平行光源阴影平行光源阴影，也被称为定向光源阴影，是由平行光照射物体产生的阴影平行光源是指光线方向一致的光源，例如太阳光平行光源阴影的特点是阴影形状与物体形状一致，且阴影大小与物体到光源的距离无关点光源阴影阴影计算阴影形状渲染技术点光源阴影计算需要考虑光源位置、物点光源产生的阴影形状通常是锥形或不常见的渲染技术包括阴影贴图（Shadow体形状和光线传播方向规则形状Mapping）和光线追踪（Ray Tracing）区域光源阴影光源范围阴影形状12区域光源是一个有限大小的区域光源产生的阴影形状取光源，例如荧光灯或太阳决于光源的大小和形状，以及物体与光源的相对位置柔和边缘3区域光源产生的阴影边缘比较柔和，因为来自光源不同部分的光线会相互叠加纹理映射

8.纹理映射是计算机图形学中的一种重要技术，它将二维纹理图像映射到三维物体表面，从而为物体表面添加细节和真实感纹理坐标纹理坐标系用于指定纹理图像中的点它通常是一个二维坐标系，范围从0到1纹理坐标系被映射到物体表面每个顶点都会分配一个纹理坐标纹理坐标用于插值纹理颜色它可以让纹理更平滑地渲染纹理滤波纹理滤波作用纹理滤波用于解决纹理采样时出现的锯齿现象，提高纹理的视觉效果常见滤波方法主要有双线性插值、三线性插值、各向异性滤波等，它们根据不同情况选择不同的计算方式来平滑纹理曲线和曲面

9.曲线和曲面是图形学中的重要概念，它们能够更加逼真地描述复杂形状常见的曲线和曲面包括贝塞尔曲线、NURBS曲线和曲面等，它们在计算机图形学、动画、建模等领域得到广泛应用曲线Bézier定义应用公式Bézier曲线是由一组控制点定义的曲线，在计算机图形学中，Bézier曲线广泛应用Bézier曲线可以使用数学公式来定义，公曲线形状由控制点的位置决定于图形设计、动画、字体设计等领域式包含控制点坐标和参数曲线和曲面NURBS非均匀有理B样条参数化表示NURBS曲线和曲面是计算机图NURBS使用一组控制点来定义形学中一种强大的建模工具，形状，并通过参数方程进行描它们可以精确地表示各种复杂述，提供灵活性并允许对曲线形状和曲面进行精确控制广泛应用NURBS广泛应用于汽车设计、动画、建筑设计和工业设计等领域，用于创建逼真的模型和复杂的几何形状。