计算机图形学 总结.doc

第一章 绪论计算机图形学的基本概念计算机图形学：是研究怎样用数字计算机生成、处理和显示图形的一门学科。图形：计算机图形学的研究对象。构成图形的要素：几何要素几何属性（点、线、面、体）非几何要素视觉属性（明暗、灰度、色彩、纹理、透明性、线型、线宽）表示图形的方法：点阵表示；参数表示研究内容计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，构成了计算机图形学的主要研究内容。图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。计算机图形学的应用图形用户界面；计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）；4 科学计算的可视化：CT；真实感图形实时绘制与自然景物仿真 ；地理信息系统（GIS）；Virtual Reality（虚拟现实、灵境）；事务和商务数据的图形显示；地形地貌和自然资源的图形显示过程控制及系统环境模拟；电子出版及办公自动化；计算机动画及广告计算机艺术；科学计算的可视化；工业模拟；计算机辅助教学当前研究热点：1.真实感图形实时绘制 2.野外自然景物的模拟 3 与计算机网络技术的紧密结合4 计算机动画 5 用户接口 6 计算机艺术 7 并行图形处理所熟悉的图形软件包图形软件的标准K GKS (Graphics Kernel System) (第一个官方标准，1977)K PHIGS(Programmers Herarchical Iuteractive Graphics system)K 一些非官方图形软件，广泛应用于工业界，成为事实上的标准K DirectX (MS)K Xlib(X-Window系统)K OpenGL(SGI)K Adobe公司PostscriptCAGD（Computer Aided Geometric Design）图形系统的功能1计算功能2存储功能3对话功能4输入功能5输出功能图形输入设备1 键盘和鼠标2 跟踪球和空间球3 光笔4 数字化仪5 触摸板6 扫描仪图形输出设备显示器1 阴极射线管显示器2 液晶显示器（LCD）3 发光二极管显示器4 等离子显示器5 等离子显示器6发光聚合物技术图形绘制设备针式打印机 喷墨打印机 激光打印机 静电绘图仪 笔式绘图仪143章多边形3.4 多边形的扫描转换与区域填充o 多边形扫描转换与区域填充可以统称区域填充，就是如何用颜色或图案来填充一个二维区域。填充主要做两件工作：一是确定需要填充的范围，二是确定填充的内容。一般区域填充指的是已知区域内一个种子，然后由种子向周围蔓延填充规定区域。o 方法：n 扫描线法：x-扫描线法-有序边表法，边填充算法n 种子填充算法（区域填充）多边形扫描转换与区域填充方法比较：联系：都是光栅图形面着色，用于真实感图形显示。可相互转换。多边形的扫描转换转化为区域填充问题：当给定多边形内一点为种子点，并用Bresenham或DDA算法将多边形的边界表示成八连通区域后，则多边形的扫描转换转化为区域填充。区域填充转化为多边形的扫描转换；若已知给定多边形的顶点，则区域填充转化为多边形的扫描转换。 不同点：1.基本思想不同；前者是顶点表示转换成点阵表示，后者只改变区域内填充颜色，没有改变表示方法。2.对边界的要求不同前者只要求扫描线与多边形边界交点个数为偶数。后者：区域封闭，防止递归填充跨界。3.基本的条件不同 前者：从边界顶点信息出发。 后者：区域内种子点。3.7 反走样o 用于减少或消除这种效果的技术，称为反走样（antialiasing）。方法：o 提高分辨率:提高分辨率、简单取样、加权取样（过取样（supersampling），或后滤波）o 区域取样（area sampling），或前滤波5章：裁剪5.3 二维图形裁剪5.4 投影变换5.1 坐标系统及其变换-坐标系造型坐标系用户坐标系 直角坐标系、仿射坐标系、圆柱坐标系、球坐标系、极坐标系观察坐标系规格化的设备坐标系设备坐标系5.4 投影变换投影分类o 平面几何投影对平面几何投影，按照投影线角度的不同，有两种基本投影方法：1平行投影(parallel projection)。它使用一组平行投影将三维对象投影到投影平面上去。2透视投影(perspective projection)。它使用一组由投影中心产生的放射投影线，将三维对象投影到投影平面上去。 （一） 三视图三视图：正视图、侧视图和俯视图 5.4.2 透视投影灭点o 不平行于投影面的平行线的投影会汇聚到一个点，这个点称为灭点(Vanishing Point)。o 坐标轴方向的平行线在投影面上形成的灭点称作主灭点。o 一点透视有一个主灭点，即投影面与一个坐标轴正交，与另外两个坐标轴平行。o 两点透视有两个主灭点，即投影面与两个坐标轴相交，与另一个坐标轴平行。o 三点透视有三个主灭点，即投影面与三个坐标轴都相交。o 观察投影7 章 图形的几何变换从应用角度讲，图形变换可分为两种：o 几何变换（geometrical transformation ）:几何变换是指坐标系不动，形体相对于坐标系在移动，如图形的缩放、平移、变形等。o 视像变换（viewing transformation）：也称观察变换或者取景变换，是指形体不动，而所处的坐标系在变换。图形变换是计算机图形学基础内容之一，其作用为：o 把用户坐标系与设备坐标系联系起来；o 可由简单图形生成复杂图形；o 可用二维图形表示三维形体；o 动态显示综合题 4道一：2章：基本图形生成技术3.1直线段的扫描转换算法o DDA算法o 中点画线法o Bresenham画线算法数值微分(DDA)法：void DDALine(int x0,int y0,int x1,int y1,int color) CDC*pDC=GetDC();int x;float dx,dy,y,k;dy=y1-y0; dx=x1-x0;k=dy/dx;y=y0;for(x=x0;xSetPixel(x,int(y+0.5),color); y=y+k;二、中点画线法void Midpoint Line (int x0,int y0,int x1, int y1,int color) CDC*pDC=GetDC();int a, b, d1, d2, d, x, y; a=y0-y1; b=x1-x0; d=2*a+b; d1=2*a ; d2=2* (a+b); x=x0; y=y0;pDC-SetPixe(x, y, color); while (xx1) if (dSetPixe(x, y, color); 三、Bresenham画线算法算法步骤o 1.输入直线的两端点P0(x0,y0)和P1(x1,y1)。o 2.计算初始值dx、dy、e=-dx、x=x0、y=y0。o 3.绘制点(x,y)。o 4.e更新为e+2dy，判断e的符号。若e0，则(x,y)更新为(x+1,y+1)，同时将e更新为e-2dx；否则(x,y)更新为(x+1,y)。o 5.当直线没有画完时，重复步骤3和4。否则结束。o Bresenhamline(int x0,int y0,int x1,int y1，int color)o CDC*pDC=GetDC();o int x,y,dx,dy,e;o Dx=x1-x0;o Dy=y1-y0;o e=-dx;x=x0;y=y0;o While (xSetPixe(x, y, color);o X+;o e=e+2*dy;o If (e0)o y+;o e=e-2*dx;o o o 4章：圆的扫描转换算法圆的扫描转换n 角度DDA法n 中点画圆法n Bresenham画圆算法n 生成圆弧的正负法n 圆的内接正多边形逼近法3.2.2中点画圆法：MidpointCircle(int r, int color) CDC*pDC=GetDC(); int x,y; float d; x=0; y=r; d=1-r; pDC-SetPixe(x, y, color); while(xy) if(dSetPixe(x, y, color); 3.2.3 Bresenham画圆算法OnBresenhamcircle(int r ，int c) CDC* pDC=GetDC(); int x,y,p,k; x=0,y=r,p=3-2*r; while(xSetPixel(x, y, c); if (pSetPixel(x, y, c);ReleaseDC(pDC);二：扫描线填充算法：（综合题）(1)初始化：堆栈置空。将种子点（x，y）入栈。(2)出栈：若栈空则结束。否则取栈顶元素（x， y），以y作为当前扫描线。(3)填充并确定种子点所在区段：从种子点（x，y） 出发，沿当前扫描线向左、右两个方向填充，直到边界。分别标记区段的左、右端点坐标为xl和xr。(4)并确定新的种子点：在区间xl，xr中检查与当前扫描线y上、下相邻的两条扫描线上的象素。若存在非边界、未填充的象素，则把每一区间的最右象素作为种子点压入堆栈，返回第（2）步。上述算法对于每一个待填充区段，只需压栈一次；因此，扫描线填充算法提高了区域填充的效率。三：四：Cohen-Sutherland算法如图所示，叙述对线段p1p2进行Cohen-Sutherland(编码法)法裁剪的过程 n 1）如图：求直线段所在区号：code1=0001,code2=0100. n (2) 短线段p1,p2做简单测试，code1code2 0，code1code2 =0，属于第三种情况，即不能简单接受，也不能简单裁剪掉n （3）由code1=0001可知p1在窗口左边，计算p1p2与窗口左边界的交点p3，并求p3所在区号，code3=0000,说明p3在窗口内，而p1p3必在窗口外，应舍弃。对线段p3p2重复上述处理n （4）对线段p3p2，code2code30,且code2code3 =0，仍属于情况三n （5）由code2=0100知，p2在窗口下方，计算p3p2与窗口下边界的交点p4，并求p4所在区号，code4=0000，即线段p4p2必在窗口外，对p3p4重复上述操。n （6）对于p3p4，因为code3code4=0，故p3p4直接接受，保留。n （7）结束。中点分割裁剪算法如图所示，叙述对线段p1p2进行中点分割法裁剪的过程，要求步骤清晰，其中，p3为p1p2的中点，p4为p1p3的中点，p5为p1p4的中点，p6为p4p3的中点，p7为p3p6的中点 n （1）首先对p1p2进行编码，p1=0001，p2=0110。n