高级计算机图形学 - ustcstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf ·...
TRANSCRIPT
![Page 1: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/1.jpg)
1
高级计算机图形学高级计算机图形学
讲
授:董兰芳副教授
研究方向:科学计算可视化图形、图像处理
模式识别
Telephone:0551-3603484Email:[email protected]:http://staff.ustc.edu.cn/~lfdong中国科学技术大学
视觉计算与可视化实验室
![Page 2: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/2.jpg)
2
目 标
计算机图形学的理论和算法
软件
硬件
应用
OpenGL学习
建立真实感计算机图形
高级计算机图形学高级计算机图形学
![Page 3: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/3.jpg)
3
预修知识
C/C++ 数据结构
几何
微积分
线性代数
高级计算机图形学高级计算机图形学
![Page 4: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/4.jpg)
4
课程要求
了解计算机图形系统的框架及其涉及的软件、
硬件技术。
熟悉图形处理流水线结构及各步骤的基本问题、
理论和算法。
OpenGL交互式三维图形编程。
计算机图形学最新进展。
高级计算机图形学高级计算机图形学
![Page 5: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/5.jpg)
5
教材或参考书教材或参考书
主要参考资料
交互式计算机图形学——基于OpenGL的自 顶向下方法,电子工业出版社, 第五版
计算机图形学(第三版)
电子工业出版社 Donald Hearn M.Pauline
Baker 著
蔡士杰
吴春镕
孙正兴
等译蔡士杰审校
计算机图形学(用OpenGL实现)F.S.Hill,JR.著 www.opengl.org
![Page 6: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/6.jpg)
6
第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型
计算机图形学:用计算机生成图片或图像的理论
和技术。
1950-1960:计算机图形学诞生,CRT显示器
1960-1970:Sketchpad,DPU,线框模型
1970-1980:光栅图形,图形标准,PC…… 1980-1990:真实感计算机图形学
1990-2000:OpenGL,硬件技术快速发展,
图形应用的大量涌现
发展历程
![Page 7: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/7.jpg)
7
第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型
![Page 8: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/8.jpg)
8
第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型
1.1 计算机图形学的应用
1.2 图形系统
1.3 图像:物理的和合成的
1.4 成像系统
1.5
虚拟照相机模型
1.6
程序员接口
1.7
图形绘制系统的体系结构
1.8
可编程流水线
![Page 9: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/9.jpg)
9
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
1.1.1 用户界面
1.1.2 设计
1.1.3 显示
1.1.4 仿真和动画
![Page 10: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/10.jpg)
10
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
用户界面
用户界面:
人与计算机之间、人与机器的通信。
发展过程:
指示灯和机械开关组成的操纵界面
终端和键盘组成的字符界面(80年代)
由多种输入设备和光栅图形显示设备构
成的用户界面
PC,工作站,WIMP界面
所见即所得
VR技术(发展方向)
![Page 11: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/11.jpg)
11
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
1.1.1 用户界面
1.1.2 设计
1.1.3 显示
1.1.4 仿真和动画
![Page 12: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/12.jpg)
12
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
设计
是图形学的主要应用领域之一。
建筑
机械结构
超大规模集成电路
产品:AutoCADPro/ESolidWorks….
![Page 13: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/13.jpg)
13
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
![Page 14: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/14.jpg)
14
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
![Page 15: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/15.jpg)
15
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
1.1.1 用户界面
1.1.2 设计
1.1.3 显示
1.1.4 仿真和动画
![Page 16: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/16.jpg)
16
显 示
科学计算可视化
必要性:直接分析大量的测量数据或统计 数据有困难
目标:用图形表现抽象的数据
应用领域:医学
、遥感、流场、气象、核 爆模拟、有限元分析……。
信息可视化:信息流量、商业统计数据、股
市行情…
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
![Page 17: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/17.jpg)
17
显 示
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
(视觉计算与可视化实验室)
油藏工程数据
![Page 18: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/18.jpg)
18
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
显 示
![Page 19: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/19.jpg)
19
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
显 示
![Page 20: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/20.jpg)
20
绘制事务管理中的各种图形也是计算机图形学技术应 用得最为广泛的领域之一。
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
显 示
![Page 21: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/21.jpg)
21
建立在地理图形之上的关于各种资源的综合信息管理系统.
数字地球,地形数据作为载体,(70%)
全球信息化.
军事,政府决策,旅游,资源调查。
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
显 示
![Page 22: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/22.jpg)
22
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
1.1.1 用户界面
1.1.2 设计
1.1.3 显示
1.1.4 仿真和动画
![Page 23: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/23.jpg)
23
仿真和动画
计算机处理的常见媒体:文本、图形、图像、 语音、音频、视频、动画。
在计算机控制下,对多种媒体信息进行生成、操作、表 现、存储、通信、或集成的信息系统。
特点:媒体的多样性、操作的交互性、系统的集成性。CAI,
教学娱乐。
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
![Page 24: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/24.jpg)
24
仿真和动画
电脑游戏
实时性
逼实性
蕴含了先进的图形处理技术
电视广告、节目片头、科教演示(CAI)3D-MAX 、
SOFTIMAGE 、
MAYA, …
电影
泰坦尼克号
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
![Page 25: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/25.jpg)
25
仿真和动画
Coreldraw, Photoshop分形艺术
相片真实感模拟与自然
媒体仿真技术
计算机动画
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
![Page 26: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/26.jpg)
26
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
仿真和动画
![Page 27: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/27.jpg)
27
虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的
三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户
可以从自己的视点出发,利用自然的技能和某些
设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互
考察。
1.1.11 计算机图形学的应用计算机图形学的应用
仿真和动画
![Page 28: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/28.jpg)
28
第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型
1.1 计算机图形学的应用
1.2 图形系统
1.3 图像:物理的和合成的
1.4 成像系统
1.5
虚拟照相机模型
1.6
程序员接口
1.7
图形绘制系统的体系结构
1.8
可编程流水线
![Page 29: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/29.jpg)
29
1.2 1.2 图形系统图形系统
图形系统组成
![Page 30: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/30.jpg)
30
1.2 1.2 图形系统图形系统
像素和帧缓存
像素:图像的基本单元。
帧缓存:存储屏幕上像素的颜色信息
![Page 31: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/31.jpg)
31
1.2 1.2 图形系统图形系统
CRT显示器:
输出设备
刷新式光栅扫描显示器:从帧缓冲区逐个 取出像素并在屏幕上相应位置显示。
![Page 32: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/32.jpg)
32
1.2 1.2 图形系统图形系统
输出设备
![Page 33: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/33.jpg)
33
1.2 1.2 图形系统图形系统
输出设备
![Page 34: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/34.jpg)
34
输入设备
键盘
鼠标
数据输入板
游戏杆
激光测距仪
数字手套
……
输入设备
1.2 1.2 图形系统图形系统
![Page 35: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/35.jpg)
35
第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型
1.1 计算机图形学的应用
1.2 图形系统
1.3 图像:物理的和合成的
1.4 成像系统
1.5
虚拟照相机模型
1.6
程序员接口
1.7
图形绘制系统的体系结构
1.8
可编程流水线
![Page 36: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/36.jpg)
36
1.31.3 物理的和合成的物理的和合成的
图像的基本概念
成像的物理基础:光照
颜色
感知
虚拟照相机模型
其它模型
![Page 37: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/37.jpg)
37
1.31.3 物理的和合成的物理的和合成的
图像的概念
二维函数 f(x,y)
x,y是空间坐标,
f(x,y)幅值称为强度或者灰度
数字图像:空间离散,幅值离散
像素
图像在人类感知中扮演最重要的角色。
60%~80%的信息来自图像
成像机器可覆盖几乎所有电磁波谱
还存在其他成像方式(声波,电子
显微镜,分形图像等等)
![Page 38: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/38.jpg)
38
1.31.3 物理的和合成的物理的和合成的
主要内容:
图像的基本概念
成像的物理基础光照
颜色
感知
虚拟照相机模型
其它模型
![Page 39: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/39.jpg)
39
1.31.3 图像:物理的和合成的图像:物理的和合成的
物理图像:
图片
物理成像系统:
照相机
显微镜
望远镜
人类视觉系统
![Page 40: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/40.jpg)
40
合成图像:计算机生成的图像
1.31.3 图像:物理的和合成的图像:物理的和合成的
(视觉计算与可视化实验室)
合成的对象
![Page 41: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/41.jpg)
41
在计算机图形学中,图像的生成过程完全类似于 照相机和人类视觉等物理成像系统,其来源可以是 不存在的。
1.31.3 图像:物理的和合成的图像:物理的和合成的
(视觉计算与可视化实验室)
合成的对象
![Page 42: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/42.jpg)
42
1.31.3 物理的和合成的物理的和合成的
成像系统的要素:
物体/对象
观察者(人、照相机)
光源
![Page 43: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/43.jpg)
43
1.31.3 图像:物理的和合成的图像:物理的和合成的
光 源
![Page 44: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/44.jpg)
44
1.31.3 图像:物理的和合成的图像:物理的和合成的
光线跟踪
光子影射
辐射度模型
光和图像
![Page 45: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/45.jpg)
45
第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型
1.1 计算机图形学的应用
1.2 图形系统
1.3 图像:物理的和合成的
1.4 成像系统
1.5
虚拟照相机模型
1.6
程序员接口
1.7
图形绘制系统的体系结构
1.8
可编程流水线
![Page 46: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/46.jpg)
46
1.41.4 成像系统成像系统
针孔照相机
人类视觉系统
![Page 47: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/47.jpg)
47
第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型
1.1 计算机图形学的应用
1.2 图形系统
1.3 图像:物理的和合成的
1.4 成像系统
1.5
虚拟照相机模型
1.6
程序员接口
1.7
图形绘制系统的体系结构
1.8
可编程流水线
![Page 48: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/48.jpg)
48
1.51.5 虚拟照相机模型
成像系统
x
y
z
n
u
v
![Page 49: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/49.jpg)
49
第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型
1.1 计算机图形学的应用
1.2 图形系统
1.3 图像:物理的和合成的
1.4 成像系统
1.5
虚拟照相机模型
1.6
程序员接口
1.7
图形绘制系统的体系结构
1.8
可编程流水线
![Page 50: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/50.jpg)
50
1.61.6 程序员接口程序员接口
虚拟照相机模型的启发
能否模拟虚拟照相机模型设计图形系统 中的硬件和软件?API软件包只需指定:
材料
观察者
光源
如何实现API?
![Page 51: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/51.jpg)
51
1.61.6 程序员接口程序员接口
编程接口
程序设计人员是通过软件借口接触图形系 统,这个界面就是应用编程接口(API)
![Page 52: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/52.jpg)
52
1.61.6 程序员接口程序员接口
API的构成
函数:定义生成一幅图像所需要的内容
观察者
光源
材料属性
其它信息从鼠标和键盘等设备获取输入
系统的能力
![Page 53: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/53.jpg)
53
1.61.6 程序员接口程序员接口
对象的定义
绝大多数API支持有限的基本几何对 象,例如:
点points(零维对象)
线段line segments(一维对象)
多边形polygons(二维对象)
某些曲线和曲面二次曲面quadrics多项式参数曲面
所有基本形状都是通过空间中的位置或顶点 (vertices)定义的。
![Page 54: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/54.jpg)
54
1.61.6 程序员接口程序员接口
glBegin(GL_POLYGON)glVertex3f(0.0, 0.0, 0.0);glVertex3f(0.0, 1.0, 0.0);glVertex3f(0.0, 0.0, 1.0);
glEnd( );
type of objectlocation of vertex
end of object definition
![Page 55: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/55.jpg)
55
1.61.6 程序员接口程序员接口
照相机的指定六个自由度镜头中心的位置:
投影中心(COP)方向
![Page 56: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/56.jpg)
56
1.61.6 程序员接口程序员接口
光源与材料
光源类型点光源与分布式光源
聚光灯spot lights远光源与近光源
光源的颜色属性
材料属性吸收性:颜色属性
反射性:漫反射镜面
![Page 57: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/57.jpg)
57
第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型
1.1 计算机图形学的应用
1.2 图形系统
1.3 图像:物理的和合成的
1.4 成像系统
1.5
虚拟照相机模型
1.6
程序员接口
1.7
图形绘制系统的体系结构
1.8
可编程流水线
![Page 58: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/58.jpg)
58
所有步骤都可以通过显示卡的硬件实现!
1.71.7 图形绘制系统的体系结构图形绘制系统的体系结构
![Page 59: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/59.jpg)
59
顶点处理
坐标变换
世界坐标系
观察坐标系
屏幕坐标系
投影变换
计算顶点的颜色
1.71.7 图形绘制系统的体系结构图形绘制系统的体系结构
![Page 60: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/60.jpg)
60
1.71.7 图形绘制系统的体系结构图形绘制系统的体系结构
顶点处理(续)
投影:把三维观察者位置与三维对象结合在
一起,确定二维图像的构成。
透视投影:所有投影线交于投影中心。
平行投影:投影线平行,投影中心在无穷远,
用投影方向表示。
![Page 61: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/61.jpg)
61
图元装配
在进行裁剪和光栅化处理之前,顶点必须
集成为几何对象线段、多边形这样的图元。
1.71.7 图形绘制系统的体系结构图形绘制系统的体系结构
![Page 62: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/62.jpg)
62
裁剪
真正的照相机不能“看到”整个世界,图形学 中的虚拟照相机也只能看到世界的一部分不在下 述视景体中的对象要从场景中裁剪掉
1.71.7 图形绘制系统的体系结构图形绘制系统的体系结构
![Page 63: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/63.jpg)
63
光栅化
如果一个对象不被裁掉,那么在帧缓冲区中相应
的像素就必须被赋予颜色。
光栅化程序为每个对象生成一组片段。
片段是“潜在的像素”
在帧缓冲区中有一个位置。
具有颜色和深度属性。
光栅化程序在对象上对顶点的属性进行插值。
1.71.7 图形绘制系统的体系结构图形绘制系统的体系结构
![Page 64: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/64.jpg)
64
片元处理:对片元进行处理,以确定帧缓冲区 中相应像素的颜色颜色可以由纹理映射确定, 也可以由顶点颜色插值得到片段可能被离照相 机更近的其它片段挡住隐藏面消除。
1.71.7 图形绘制系统的体系结构图形绘制系统的体系结构
![Page 65: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/65.jpg)
65
第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型
1.1 计算机图形学的应用
1.2 图形系统
1.3 图像:物理的和合成的
1.4 成像系统
1.5
虚拟照相机模型
1.6
程序员接口
1.7
图形绘制系统的体系结构
1.8
可编程流水线
![Page 66: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/66.jpg)
66
1.8 1.8 可编程流水线可编程流水线
编程接口:程序设计人员是通过软件借口接触图 形系统,这个界面就是应用编程接口(API)
![Page 67: 高级计算机图形学 - USTCstaff.ustc.edu.cn/~lfdong/teach/acg_chp1.pdf · 虚拟现实是用计算机技术来生成一个逼真的. 三维视觉、听觉、觉或嗅觉等感觉世界,让用户](https://reader030.vdocuments.us/reader030/viewer/2022012905/5e890e0f2c08373e4e4fb0b4/html5/thumbnails/67.jpg)
67
第一章第一章 图形系统和模型图形系统和模型
1.1 计算机图形学的应用
1.2 图形系统
1.3 图像:物理的和合成的
1.4 成像系统
1.5
虚拟照相机模型
1.6
程序员接口
1.7
图形绘制系统的体系结构
1.8
可编程流水线