《图形系统l》课件

图形系统l课程简介计算机图形学入门图形系统应用本课程介绍计算机图形学的基本概念和原理，涵盖图形硬件、软件探索图形系统在游戏开发、动画制作、虚拟现实等领域的广泛应用、算法等方面，并提供实践案例课程大纲图形系统概述图形软件图形系统的定义、组成、功能图形软件的分类、图形编程语言、图形建模、图形渲染3D3D图形硬件图形算法显示设备、输入设备、图形处理器、图形存储器图形算法的分类、线段绘制算法、多边形填充算法、裁剪算法、变换算法、曲线和曲面图形系统的定义图形系统是一个由硬件和软件组成的系统，用于创建、处理、显示和操作图形图像它将计算机的计算能力与人类的视觉感知相结合，为用户提供直观的图形交互界面，并支持各种图形应用图形系统涵盖了从简单的二维图形到复杂的的三维模型和动画，在现代社会中发挥着至关重要的作用图形系统的组成硬件软件包括显示器、键盘、鼠标、图形包括操作系统、图形库、应用程卡等，负责图形信息的输入和输序等，负责图形信息的处理和管出理数据包括图像、视频、模型等，是图形系统处理和显示的对象图形系统的功能图像显示图形绘制图形系统可以将数字图像转换为视觉图形系统允许用户创建、编辑和操作信息，并将其显示在屏幕上各种图形，例如线条、曲线、形状和文本动画制作用户交互图形系统可以创建动画效果，使静态图形系统可以通过鼠标、键盘等输入图像动起来，并通过帧序列模拟运动设备接收用户指令，并响应用户操作图形硬件图形硬件是计算机系统中专门用于处理图形数据的硬件设备，它为图形系统的运作提供了基础支撑图形硬件主要包括显示设备、输入设备、图形处理器和图形存储器等，这些硬件协同工作，共同完成图形数据的处理、显示和交互操作图形硬件的分类显示设备输入设备12用于将计算机生成的图像显示用于将用户指令和数据输入到给用户计算机中图形处理器图形存储器34专门用于处理图形数据的硬件用于存储和管理图形数据，例，负责渲染和显示图像如图像和纹理显示设备简介显示设备是图形系统的输出设备，用于将计算机生成的图形图像显示给用户常见的显示设备有阴极射线管（）显示器传统的显示器技术，具有较高的刷新率•CRT，但体积较大、能耗高液晶显示器（）目前最常见的显示器类型，具有体积小、能•LCD耗低、色彩鲜艳等优点有机发光二极管（）新型显示技术，具有自发光、对比度高•OLED、响应速度快等优点输入设备简介键盘鼠标触摸屏键盘是电脑最常用的输入设备之一它可鼠标是电脑的另一个重要输入设备它可触摸屏是一种直接输入设备，用户可以用以输入文字、数字、符号等以控制光标的移动，点击选择、拖拽文件手指直接在屏幕上进行操作，如点击、滑等动、缩放等图形处理器核心渲染12图形处理器（）是专门设主要负责图像的渲染，包GPU GPU计用于加速图形处理的电子电括纹理、光照和阴影等效果路性能3的性能指标包括核心频率、显存容量和带宽等GPU图形存储器存储图形数据、程序代码和中间结果高速访问，以满足实时图形处理的要求缓冲帧数据，以便快速显示图形软件图形软件是用于创建、编辑、操作和显示图形图像的软件程序它是图形系统的重要组成部分，与图形硬件紧密协作，为用户提供图形操作和处理的工具图形软件的分类绘图软件图像处理软件用于创建和编辑二维和三维图形用于编辑和处理照片和图像，例，例如、如、Adobe IllustratorAdobe PhotoshopGIMP、、CorelDraw AutoCADPaint.NET动画制作软件游戏开发软件用于创建动画和视频，例如用于开发游戏，例如、Unity、、Adobe AfterEffects BlenderUnreal EngineGameMaker、Maya Studio图形编程语言语言种类功能应用等用于创建和操作图形对象、实现图形效果游戏开发、三维建模、动画制作等OpenGL,DirectX,Vulkan图形建模3D几何建模1点、线、面、体实体建模

2、边界表示CSG参数化建模

3、样条曲线NURBS B图形建模是将现实世界中的物体或场景转化为计算机可以理解和处理的数字模型的过程常用的建模方法包括几何建模、实体建模和3D参数化建模图形渲染3D光栅化1将模型转换为像素着色2为每个像素分配颜色纹理映射3将纹理贴到模型上光照模型环境光漫反射光镜面反射光模拟来自环境的所有光线，如天空、墙壁模拟物体表面粗糙的部分，反射光线向各模拟物体表面光滑的部分，反射光线集中等，照射到物体表面，使物体整体看起来个方向均匀散射，使物体看起来柔和在一个方向，使物体看起来亮丽更明亮阴影算法光线阻挡深度信息模拟光线被物体阻挡后产生的阴通过阴影可以增强场景的深度感影效果和立体感光源类型不同的光源类型会产生不同的阴影效果纹理映射细节丰富增加质感纹理映射将图像应用于模型表面，使不同的纹理可以表达不同的材料和表其更真实、更有细节面，例如木头、金属、皮肤等提升视觉效果纹理映射是图形渲染中常用的技术3D，可以显著提升视觉效果和真实感透明处理深度测试Alpha Blending将像素的颜色与背景颜色混合，根据值进行透明度调整根据物体距离摄像机的深度进行透明度判断，避免物体相互穿透alpha图形算法绘制算法填充算法用于在计算机屏幕上绘制图形用于填充图形内部的区域，例，例如线段、圆形、多边形等如多边形、圆形等裁剪算法变换算法用于确定图形哪些部分在屏幕用于对图形进行平移、旋转、上可见，哪些部分不可见缩放等操作图形算法的分类几何算法光栅化算法12处理几何形状，例如线段、多将几何图形转换为像素数据，边形和曲线以便在屏幕上显示渲染算法3生成逼真的图像，包括光照、阴影和纹理线段绘制算法算法DDA1算法是一种基于直线方程的扫描转换算法它通过计算直DDA线方程在每个扫描线上的交点来确定直线的像素位置算法Bresenham2算法是一种增量算法，它根据当前像素的位置来Bresenham确定下一个像素的位置它使用一个决策参数来判断下一个像素应该选择哪个像素中点算法3中点算法是一种类似于算法的增量算法，它通过Bresenham计算直线的中点来确定下一个像素的位置多边形填充算法扫描线算法扫描线算法通过水平扫描线逐行扫描多边形，计算每条扫描线与多边形交点的横坐标，并根据交点对扫描线上的像素进行填充种子填充算法种子填充算法从多边形内部的一个点开始，递归地填充与该点相邻的相同颜色像素，直到填充完整个多边形边界填充算法边界填充算法沿着多边形的边界进行填充，逐个像素地填充多边形内部的区域裁剪算法窗口裁剪1仅保留窗口内的图形部分线段裁剪2确定线段与窗口的交点多边形裁剪3裁剪多边形，得到窗口内的部分变换算法平移1将物体沿某个方向移动旋转2将物体绕某个轴旋转缩放3将物体放大或缩小曲线和曲面曲线曲面曲线是平面上点的连续轨迹，例如贝塞尔曲线、样条曲线等曲面是由曲线运动形成的连续曲面，例如球面、圆柱面等应用实例展示图形系统应用广泛，涵盖游戏、影视、设计等多个领域例如，在游戏领域，图形系统为玩家打造逼真的游戏世界，增强游戏体验在影视制作中，图形系统用于制作特效，为电影带来视觉冲击在设计领域，图形系统用于产品设计、建筑设计，帮助设计师实现创意总结与展望课程内容未来发展本课程介绍了图形系统基础知识，涵盖了图形硬件、软件、算法图形技术将持续发展，例如虚拟现实、增强现实、人工智能等领和应用等方面域将应用更广泛。