《图形学c语言sdf》课件

图形学语言C SDF本课件将探讨利用C语言实现SDF（Signed DistanceField）方法，探索图形学中的一种重要技术，并展示其在实际应用中的优势课程简介图形学基础语言实现C深入探讨计算机图形学基础知识，如二维图形使用C语言实现各种图形学算法，包括图形变表示、基本几何图元、颜色模型等换、裁剪算法、深度缓存算法、着色算法等实践项目疑难解答通过实践项目，巩固理论知识，并学习如何使提供充足的学习资料和答疑服务，帮助学生深用图形学技术构建复杂的图形场景入理解和掌握课程内容学习目标掌握图形学基础知识学习图形变换技术熟悉图形渲染算法掌握纹理映射技术理解二维图形表示方法、基掌握平移、缩放、旋转、投学习线段裁剪、多边形裁剪学习纹理映射基本概念、贴本几何图元、颜色模型、图影变换等常用图形变换方法、深度缓存、Gouraud着色图采样、多重纹理等技术像坐标系等概念、Phong着色等渲染算法图形学基础知识几何学线性代数色彩理论算法图形学建立在几何学的坚实基线性代数为图形变换提供数学色彩理论决定了图像的视觉效图形算法是实现图形绘制、渲础之上点、线、面、体等几基础，如平移、旋转和缩放等果，包括颜色模型和光照模型染和交互的关键，例如扫描线何元素是构成图形的基础算法和光线追踪算法二维图形表示二维图形表示是将现实世界中的物体以二维的形式表示出来在计算机图形学中，通常使用像素来表示二维图形每个像素点代表一个小的二维空间，其颜色和亮度可以用来表达物体的外观像素1每个像素点代表一个小的二维空间颜色和亮度2用来表达物体的外观二维图形3由像素点组成计算机图形学4用像素表示二维图形基本几何图元点线段点是构成图形的最基本元素，它线段由两个端点构成，是直线的没有大小和形状，只有位置信息一部分，具有长度和方向多边形曲线多边形由若干条线段首尾相连构曲线是平面上非直线的连续点组成封闭图形，具有面积和周长成的图形，通常用于描述复杂形状颜色模型模型模型1RGB2CMYKRGB模型使用红色、绿色和蓝CMYK模型使用青色、洋红色色三种基本颜色来表示颜色，、黄色和黑色四种颜色，主要通过组合不同比例的三种颜色用于印刷领域，可以得到各种不同的颜色模型模型3HSV4HSBHSV模型使用色调、饱和度和HSB模型与HSV模型类似，只明度来表示颜色，更符合人类是将饱和度和明度命名不同的感知习惯图像坐标系二维图像坐标系原点位置12二维图像坐标系使用水平轴（在大多数图形系统中，原点位X轴）和垂直轴（Y轴）来表于图像的左下角示图像中的点坐标值3X坐标表示点在水平方向上的位置，Y坐标表示点在垂直方向上的位置图形变换基础图形变换概念矩阵表示图形变换是指将图像中的点、线、面等几何元素进行位置、大小图形变换可以通过矩阵运算进行表示每个变换对应一个变换、形状等方面的改变常见的图形变换包括平移、缩放、旋转矩阵，将变换应用于图像上的每个点，可以得到变换后的点的坐、投影、裁剪等标图形变换在计算机图形学中扮演着重要的角色，广泛应用于游戏矩阵运算提供了简洁而高效的方式来实现各种复杂的图形变换，开发、动画制作、图像处理等领域例如平移、缩放、旋转、投影等图形变换基础平移1改变物体位置缩放2改变物体大小旋转3改变物体方向这三种基本变换是二维图形学中最基础的变换，也是实现复杂图形变换的基础投影变换透视投影模拟现实世界中物体在远近处的视觉效果，近大远小正交投影所有物体大小保持一致，不考虑远近关系三维到二维将三维空间的物体映射到二维平面裁剪算法裁剪算法介绍算法分类裁剪算法是计算机图形学中处理常见的裁剪算法包括线段裁剪算图形的一个重要环节，它可以将法、多边形裁剪算法等，它们使图形限定在一个指定的窗口范围用不同的方法来识别和剔除图形内，并剔除掉超出窗口范围的部的不可见部分分应用场景裁剪算法在图形渲染、游戏开发、虚拟现实等领域都有着广泛的应用，它可以有效地提高图形绘制效率，并实现更逼真的视觉效果线段裁剪算法算法算法中点分割算法Cohen-Sutherland Liang-Barsky通过对线段端点进行分类，确定线段与窗利用参数方程表示线段，通过求解参数范不断将线段进行二分，并根据中点与窗口口的相对位置，然后进行裁剪操作围，确定线段与窗口的交点，进行裁剪的关系，确定裁剪后的线段多边形裁剪算法算法算法矩形裁剪算法Sutherland-Hodgman Weiler-Atherton该算法通过逐边裁剪多边形，以确定多边该算法利用边缘交叉点和裁剪窗口的边缘该算法主要用于对多边形进行矩形区域的形与裁剪窗口的交点，并形成新的多边形，对多边形进行裁剪，并形成新的多边形裁剪，以去除超出矩形区域的部分深度缓存算法深度缓存存储深度信息深度缓存算法是一种用于解决隐每个像素对应一个深度值，表示藏面问题的渲染技术深度缓存该像素对应的物体在空间中的深本质上是一个与屏幕分辨率相同度，用于判断物体之间的遮挡关的二维数组系渲染过程渲染时，会根据深度值来判断哪些物体是可见的，哪些物体被遮挡，从而避免绘制被遮挡的物体缓存算法Z-深度测试Z-缓存算法使用深度缓冲区存储每个像素的深度信息深度比较当新的像素被绘制时，它的深度与深度缓冲区中对应像素的深度进行比较更新深度缓冲区如果新像素的深度更近，则更新深度缓冲区，并将新像素绘制到屏幕上带深度缓存的渲染深度测试深度写入

11.

22.渲染管线中，每个像素都与深度缓冲区进行比较如果当前像素的深度值小于深度缓冲区的值，则更新深度缓冲区并渲染像素隐藏面剔除效率提升

33.

44.深度缓存可以有效解决渲染过程中出现的遮挡问题通过避免渲染不可见的部分，深度缓存显著提升渲染效率着色Gouraud平滑着色Gouraud着色是一种插值技术，它根据顶点颜色对多边形表面进行平滑着色该技术通过计算每个顶点的光照强度，然后在多边形表面上对这些强度进行线性插值来实现平滑过渡着色Phong光滑表面法线方向Phong着色是一种常用的光照模型，它Phong着色使用法线方向来计算光线的能够模拟光滑表面的反射效果，生成更反射方向，从而模拟光滑表面的镜面反加逼真的渲染效果射效果光照模型环境光漫射光12环境光照亮所有场景中的物体漫射光从光源均匀散射到物体，提供基础的亮度表面，产生柔和的光照效果镜面反射光自发光34镜面反射光从光源反射到观察自发光物体自身会发光，例如者的方向，产生高亮区域，例火焰、萤火虫等如，光滑表面的反光纹理映射纹理概念表面细节视觉丰富贴图坐标纹理是二维图像，用于增强三纹理可以模拟各种表面材料，纹理可用于创建复杂且引人入纹理坐标用于将纹理图像映射维模型的视觉细节和真实感如木材、石头、金属等，赋予胜的图案，提高模型的整体视到模型表面，以确保正确的纹模型更逼真的外观觉吸引力理放置贴图基本概念纹理图像坐标UV纹理图像存储在计算机内存中，UV坐标是二维坐标系，用于映用于对物体表面进行装饰和细节射纹理图像到物体表面，每个点处理对应纹理图像中的一点纹理映射方式纹理映射方式有多种，包括二维纹理、三维纹理和立方体纹理，每个方式都有不同的应用场景贴图采样纹理采样坐标映射从纹理图像获取像素值的过程.将纹理坐标映射到三维模型表面.插值过滤计算纹理坐标非整数点上的像素值.平滑纹理图像，减少锯齿现象.多重纹理材料组合纹理叠加环境纹理通过混合不同纹理，可以创建更逼真的场将多个纹理图层叠加在一起，可以实现更可以使用多重纹理来模拟环境光线，例如景，例如金属表面的磨损痕迹复杂的效果，例如模拟砖块的纹理在森林场景中模拟树叶的阴影高级技巧阴影和光照环境光遮蔽后期处理123通过阴影和光照的应用，可以提升环境光遮蔽Ambient Occlusion后期处理可以对渲染后的图像进行场景的真实感和视觉效果模拟物体表面受到周围环境光的遮调整和优化，例如色彩校正、锐化挡，从而使物体更加立体、景深等图形性能优化减少绘制调用优化纹理合并多个绘制调用，减少CPU和压缩纹理，减少内存占用，提高渲染GPU的负担速度使用高效算法限制帧率选择合适的算法，例如使用更快的排限制帧率，减少不必要的渲染，提高序或搜索算法电池寿命图形学软件框架图形库例如OpenGL、DirectX，提供渲染、图形处理、输入管理等功能，为开发人员提供底层图形接口游戏引擎例如Unity、Unreal Engine，提供图形渲染、物理引擎、脚本系统等，方便游戏开发图形学编程实践项目案例代码库通过实际项目，将理论知识应用学习开源代码库，了解最佳实践于实践，提升编程能力和优秀的设计模式工具使用代码分析掌握常用的图形学工具和库，例剖析经典图形学算法和框架的实如OpenGL、DirectX和Unity3D现代码，加深理解课程总结图形学语言编程SDF C学习了SDF方法，并掌握了其在学习了使用C语言实现SDF图图形学中的应用了解了SDF的形学算法，并掌握了常用的C语基本概念和操作，并能运用SDF言图形学库学习了C语言的图生成各种形状掌握了SDF在游形学编程技巧，并能编写简单的戏、动画、建筑等领域的应用图形学程序实践应用通过实践项目，将所学知识应用到实际问题中提升了对图形学知识的理解和应用能力问答环节课程结束后，我们将进行一个问答环节，为同学们解答课程内容中遇到的任何疑问，并将深入探讨图形学领域的前沿趋势欢迎大家积极提问，分享经验，共同学习和进步！。