《计算机绘图CA》课件

计算机绘图CA计算机辅助绘图Computer AidedDrafting是利用计算机技术进行工程设计和绘图的工具它广泛应用于建筑、机械、电子等领域，提高了绘图效率和精度，并促进了设计理念的创新课程简介课程目标课程内容

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22.介绍计算机图形学基础知涵盖计算机图形学的基本识，培养学生运用计算机理论，包括图像表示、二绘制二维、三维图形的能维几何变换、多边形填充力，提升对图形学原理的、三维图形表示、投影变理解换、光照模型等授课形式课程评价

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44.采用理论讲解、实践操作以平时作业、实验报告、相结合的方式，通过课堂期末考试成绩综合评定学教学、实验练习、课题设生学习成绩计等环节，帮助学生掌握理论知识并运用实践学习目标掌握计算机绘图的基本概念和熟悉常用的绘图软件和工具培养图形设计思维原理学习使用常见的绘图软件，例如学习图形设计的基本原则，掌握图形理解计算机图形学的基本原理，掌握AutoCAD、3ds Max等，掌握图形设创作的方法和技巧，提升审美能力和二维和三维图形绘制的技术计的基本技能创造力计算机图形学的发展历史早期萌芽阶段1950年代至1960年代，计算机图形学开始萌芽，主要用于科学研究和军事领域例如，用来模拟飞行器和武器设计发展壮大阶段1970年代至1980年代，计算机图形学得到了迅速发展，应用领域开始扩展到商业和娱乐领域例如，计算机辅助设计（CAD）和计算机动画的出现成熟应用阶段1990年代至今，计算机图形学已成为一门成熟的学科，并在各个领域得到广泛应用例如，虚拟现实、增强现实、游戏、电影特效等计算机图形学的概念计算机图形学图像生成计算机图形学是研究计算机计算机图形学可以用于创建生成和处理图像的技术图像，例如游戏中的角色，电影中的特效以及设计中的模型图像处理计算机图形学可以用于对现有图像进行处理，例如压缩，增强，编辑，以及识别图像表示与存储光栅图像矢量图像光栅图像使用像素矩阵表示图像信息每个像素存储颜色信息，构矢量图像使用数学公式和几何形状来表示图像信息矢量图像不受成完整的图像光栅图像通常用于照片、视频和纹理分辨率影响，可任意缩放而不会失真常用于图标、插画和字体光栅图像光栅图像，也称为位图图像，是一种使用像素矩阵来表示图像的格式每个像素代表图像中的一个点，并具有不同的颜色值光栅图像在图像处理中广泛应用，例如照片、视频和动画矢量图像矢量图形的优点编辑灵活性文件大小矢量图像由数学公式定义，可放大缩矢量图像易于修改，调整颜色、形状矢量图像的文件尺寸通常小于位图图小而不失真适用于徽标、字体和插或大小，使其非常适合设计和印刷像，这使其易于存储和共享图等图形二维几何变换平移变换1将图形沿特定方向移动到新的位置，改变图形的位置旋转变换2以某个点为中心，将图形绕该点旋转一定角度缩放变换3以某个点为中心，将图形放大或缩小，改变图形的大小二维几何变换原理平移变换旋转变换缩放变换剪切变换在二维空间中，将物体沿某绕某个点旋转一定角度改变物体的大小沿某个方向拉伸或压缩物体个方向移动一定的距离二维几何变换算法矩阵运算矩阵运算用于描述二维几何变换，例如平移、旋转、缩放等坐标变换算法将原始坐标点乘以变换矩阵，得到变换后的坐标点算法实现常见的算法包括Bresenham算法、DDA算法等，用于绘制变换后的图形线段剪裁算法算法算法Cohen-Sutherland Liang-BarskyCohen-Sutherland算法是基于区Liang-Barsky算法是基于参数方程域编码的方式，将窗口和线段划分成的方式，利用参数方程来表示线段，多个区域，根据线段端点的区域编码并通过判断参数值来确定线段与窗口判断线段是否需要剪裁的交点该算法简单易懂，但是对于斜率较大该算法效率较高，适用于各种斜率的的线段效率较低线段算法实现代码编写1选择合适的编程语言算法调试2确保代码逻辑正确测试验证3使用测试用例进行验证优化改进4提高代码效率和稳定性算法实现需要经过代码编写、算法调试、测试验证和优化改进等步骤，确保算法能够正常运行并满足需求多边形填充算法扫描线算法种子填充算法扫描线算法是一种常用的多种子填充算法从多边形内部边形填充算法它通过逐行的一个点开始，向周围的像扫描多边形区域来确定每个素点进行填充，直到遇到多像素点是否属于多边形内部边形的边界边界填充算法边界填充算法根据多边形的边界信息来确定填充区域，例如，沿着多边形的边界进行填充多边形填充算法原理扫描线算法区域填充

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22.扫描线算法是一种经典的区域填充算法基于种子填多边形填充算法，它通过充的原理，从多边形内部逐行扫描多边形，判断每的一个种子点出发，递归个像素点是否在多边形内地填充其相邻的像素点，部，从而完成填充直到所有内部像素点都被填充边界跟踪

33.边界跟踪算法通过遍历多边形的边界线，判断每个像素点是否在边界线上，从而确定其是否在多边形内部多边形填充算法实现扫描线算法1逐行扫描种子填充算法2从种子点开始边界填充算法3沿着多边形边界多边形填充算法是计算机图形学中重要的组成部分，用于将多边形的内部区域填充上指定的颜色或图案三维图形的表示几何模型表面模型描述三维物体形状和位置信息以曲面形式表示物体表面，用于常见模型包括点、线、面、体等创建光滑、连续的形状体积模型数据结构基于体积数据，描述物体内部结使用数据结构存储和组织几何模构，用于创建更复杂的形状型信息，以便高效处理三维几何变换平移1沿着坐标轴移动物体旋转2围绕坐标轴旋转物体缩放3改变物体的大小剪切4使物体变形三维几何变换是计算机图形学中常用的技术之一它可以用来改变三维物体的形状、大小、位置和方向三维几何变换算法矩阵表示平移变换

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22.使用矩阵来表示三维变换通过矩阵乘法，将物体在，方便计算和组合变换空间中移动到新的位置旋转变换缩放变换

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44.围绕坐标轴旋转物体，使通过缩放矩阵改变物体的用旋转矩阵完成变换大小，可以进行放大或缩小投影变换等轴测投影透视投影正投影将三维物体投影到二维平面上，保持模拟人眼观察物体的真实效果，远小将三维物体投影到二维平面上，投影三维物体长度和角度比例不变近大，平行线交于一点线垂直于投影平面透视投影模拟人眼视觉近大远小透视投影是一种将三维物体投影到二维平面的方法，模拟人眼观察透视投影遵循近大远小的原则，越靠近观察者的物体在投影中越大世界的方式，越远离观察者的物体越小消失点应用广泛平行线在透视投影中会汇聚到一个点，称为消失点，消失点的数量透视投影广泛应用于计算机图形学、动画、游戏和电影等领域，为取决于投影方向我们呈现逼真的三维场景透视变换算法投影矩阵坐标变换透视变换矩阵定义了三维空间点到二利用投影矩阵将三维空间中的点投影维图像平面的映射关系，并考虑了视到二维图像平面上角和距离的影响在二维图像平面上，使用透视变换算使用齐次坐标表示三维点，通过矩阵法对投影后的点进行坐标变换，最终运算将三维点投影到二维图像平面得到最终的二维图像光照模型光照模型光源类型12光照模型是模拟光线照射常见的类型包括点光源、到物体表面的效果，从而平行光源、聚光灯等使物体看起来更逼真光照计算阴影处理34根据光源的位置、方向、通过模拟光线被物体遮挡强度以及物体的材质属性而形成的阴影，使画面更来计算每个点的亮度真实光照模型原理模拟真实光照光源模型表面材质光线追踪光照模型模拟真实世界光照光源模型描述不同类型光源表面材质影响光线与物体表光线追踪模拟光线从光源出，模拟光线与物体表面交互的光照特性，如点光源、平面的交互方式，如漫反射、发，经过物体表面反射和折过程，使计算机生成的图像行光源、聚光灯镜面反射、折射射后的路径，提高渲染效果更逼真阴影处理模拟真实感光照效果阴影是真实世界的重要视觉元素，它可以增强图形的真实感和立体阴影可以用来模拟光照的传播方向和强度，使物体更加生动逼真感深度信息渲染技术阴影可以帮助区分物体之间的距离和相对位置，增强画面深度常用的阴影处理技术包括阴影映射、光线追踪和辐射度量法等贴图技术真实感增强几何模型补充材质表现贴图技术为物体表面添加细节和纹理贴图可以补充几何模型的细节，例如贴图可以模拟不同的材质，例如金属，增强真实感和视觉效果木纹、布料纹理等、木材、皮肤等纹理映射算法基本原理常见算法将纹理图像信息映射到三维模型表面，实现逼真的视觉效常见的纹理映射算法包括线性插值、双线性插值、三线果使用纹理坐标来确定纹理图像中对应像素的位置，并性插值和Mipmap技术不同的算法在性能和精度上有所将其映射到模型表面的对应点权衡，选择合适的算法取决于应用场景实例演示本节将展示一些计算机绘图软件的使用实例，如3Ds Max、Maya、Blender等这些软件能够帮助我们创建各种三维模型、场景和动画，并实现各种视觉效果技术要点总结计算机辅助设计软件建模和渲染二维和三维图形变换计算机图形学算法3D学习计算机辅助设计软件，学习3D建模和渲染技术，理解二维和三维图形变换的学习各种计算机图形学算法如AutoCAD、SolidWorks掌握模型创建、材质设置、原理和算法，并能够运用这，如线段剪裁算法、多边形等，掌握软件操作和应用技灯光控制等知识些知识进行图形处理填充算法、光照模型等巧拓展思考未来趋势人工智能、虚拟现实和增强现实等技术正在快速发展，为计算机图形学带来新的挑战和机遇研究方向实时渲染、物理仿真、数据可视化等领域还有许多值得深入研究的课题应用领域计算机图形学在游戏、电影、建筑、医疗等各个领域都发挥着重要作用总结与展望计算机图形学的应未来发展趋势

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22.用虚拟现实、增强现实、人计算机图形学在各个领域工智能等新技术将进一步都发挥着重要作用，包括推动计算机图形学的发展游戏开发、电影制作、医疗影像、建筑设计等学习建议

33.注重实践，深入理解理论知识，积极探索图形学的新应用和新技术。