計算機圖形學學習報告

篇一：計算機圖形學學習心得體會

計算機圖形學學習心得體會

計算機科學與技術與技術 班

學號：

1.計算機圖形學

計算機圖形學(Computer Graphics，簡稱CG)，狹義上是一種研究基于物理定律、經驗方法以及認知原理，使用各種數學算法處理二維或三維圖形數據，生成可在計算機等顯示設備上顯示的可視化數據的科學。它是計算機科學的一個分支領域與應用方向。廣義上來看，計算機圖形學不僅包含了從三維圖形建模、繪制，到生成動畫的過程，同時也包含了對二維矢量圖形以及圖像視頻融合處理的研究。

2.研究內容

計算機圖形學的研究內容非常廣泛，如圖形硬件、圖形標準、圖形交互技術、光柵圖形生成算法、曲線曲面造型、實體造型、真實感圖形計算與顯示算法、非真實感繪制，以及科學計算可視化、計算機動畫、自然景物仿真、虛擬現實等。

簡單地說，計算機圖形學的主要研究內容就是研究如何在計算機中表示圖形、以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與算法。圖形通常由點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。從處理技術上來看，圖形主要分為兩類，一類是基于線條信息表示的，如工程圖、等高線地圖、曲面的線框圖等，另一類是明暗圖，也就是通常所說的真實感圖形。

計算機圖形學一個主要的目的就是要利用計算機產生令人賞心悅目的真實感圖形。為此，必須建立圖形所描述的場景的幾何表示，再用某種光照模型，計算在假想的光源、紋理、材質屬性下的光照明效果。所以計算機圖形學與另一門學科計算機輔助幾何設計有著密切的關系。事實上，圖形學也把可以表示幾何場景的曲線曲面造型技術和實體造型技術作為其主要的研究內容。同時，真實感圖形計算的結果是以數字圖像的方式提供的，計算機圖形學也就和圖像處理有著密切的關系。

具體來說計算機圖形學分為兩方面內容，一是建模，二是變換，三是渲染。所謂建模，就是將一個現實中的物體或者想象出來的物體做成一個模型，使計算機能夠識別。所謂變換，就是將空間中的實體變換到屏幕上。所謂渲染，就是在屏幕上顯示出來一些場景。

1、建模

建模方面涉及的內容相對較少，這部分主要是和數學有關。因為計算機的基礎就是數學，計算機可識別的模型也即數學模型。

(1) 模型的表示方法

模型表示方法有兩種，一種是用方程表示，一種是用實體造型表示。

方程表示主要包括常見的曲線曲面方程，BEZIER曲線曲面，B樣條曲線曲面和NURBS曲線曲面。

實體造型表示包括內容挺多，如邊界表示，空間劃分表示，等等，很多。

總而言之，這一部分的主要任務是以某種形式將一個實體表示出來。

(2) 多邊形網格

以某種形式將模型表示出來后，通常在三維圖形領域，模型并沒有真正的建立起來。通用的模型是多邊形網格形式的，于是需要進行轉換。

在上一步形成的圖形可表示出大量的點，這些點都是實體表面上的點。按照一定的順序將點連接起來，就得到實體輪廓，即多邊形網格。

通常采用三角形網格，為此需要對點進行三角剖分。常采用delaunay三角剖分和隨機增量剖分。

(3) 網格簡化

形成三角網格后，網格數量如果過多，需要對模型簡化，以降低渲染的負荷。在簡化的同時還要盡量不降低渲染的效果。通常有靜態網格簡化技術，細節層次技術，漸進式網格模型表示等。

2、坐標系變換

(1) 觀察變換

這一部分是將空間物體從世界坐標系變換到二維視區。因為物體處于三維空間中，然而屏幕是以圖片的形式顯示的，即視區是二維的，這樣就需要這樣一個變換。包括如下三個步驟：

觀察變換：將實體從世界坐標系變換到觀察坐標系。

規范化變換：將觀察域規范化

視區變換：完成從觀察坐標系到視區的映射。

(2) 裁剪

裁剪是確定圖元是否落在某一區域。視區是有限的，在視區外的圖元不需要顯示在屏幕上。裁剪是在視區變換的過程中執行。

裁剪算法很多，關于直線裁剪，有Cohen-Sutherland算法、Liang-Barsky算法，關于多邊形裁剪，有Sutherland-Hodgman算法、Weiler-Atherton算法。

3、渲染

渲染是計算機圖形學中最龐大的部分，這部分和計算機、數學、物理等多個學科都有聯系。

(1) 光照和明暗處理

這部分研究的是光源發出的光打到實體表面產生的光照效果。于是需要研究如下內容：

光照模型。即光源是什么樣的，發出什么樣的光。

明暗處理模型。即模型的表面是

總結

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