计算机图形学--字符讲解
计算机图形学ppt课件 第一章计算机图形学基础知识-精选文档
● Quake III，“古墓丽影”，“侏罗纪公
园”、“皇帝的新衣”、完美风暴………
● MAYA, 3D-MAX, SOFTIMAGE
游戏
当前研究热点
当前研究热点
• 真实感图形实时绘制
物体网格模型的面片简化：对网格面片表示的模型， 在一定误差的精度范围内，删除点、边、面，从而 简化所绘制场景的复杂层度，加快图形绘制速度 基于图象的绘制(IBR，Image Based Rendering)：完全摒弃传统的先建模，然后确定光 源的绘制的方法。它直接从一系列已知的图象中生 成未知视角的图象，适用于野外极其复杂场景的生 成和漫游
奥迪效果图和线框图
地形地貌和自然资源图 科学计算可视化(Scientific Visualization)
• 海量的数据使得人们对数据的分析和处理变得越来越 难，用图形来表示数据的迫切性与日俱增 • 1986年，美国科学基金会（NSF）专门召开了一次研 讨会，会上提出了“科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing）” • 科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元 分析、气象分析当中 • 在医学领域，可视化有着广阔的发展前途
什么是计算机图形学？ 定义：用计算机表示、生成、处理和显示图形对象的一门学科。 计算机图形学是计算机科学中，最为活跃、得到广泛应用的分支之一
图像处理：将客观世界中原来存在的物体的影像处理成新的数字化图 像的相关技术。 —研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像，如何对数字 图像做各种变换以方便处理， —如何滤去图像中的无用噪声，如何压缩图像数据以便存储和传输， 图像边缘提取，特征增强和提取。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学复习资料第一章1 图形学定义ISO的定义：计算机图形学是研究怎样利用计算机表示、生成、处理和显示图形的原理、算法、方法和技术的一门学科。
通俗定义：计算机图形学以表达现实世界中的对象及景物为主要目标，其核心是解决如何用图形方式作为人和计算机之间传递信息的手段，即人机界面问题.计算机图形学的研究对象-—图形.图形是从客观世界物体中抽象出来的带有颜色及形状信息的图和形。
图形的构成要素:几何要素:点、线、面、体等描述对象的轮廓、形状。
非几何要素：描述对象的颜色、材质等。
图形的表示方法：点阵法：枚举出图形中所有点(简称图像)。
参数法:由图形的形状参数（简称图形)。
2 图形与图像图像：狭义上又称为点阵图或位图图像。
图像是指整个显示平面以二维矩阵表示，矩阵的每一点称为一个像素,由像素点所取亮度或颜色值不同所构成的二维画面。
特点：A文件所占的空间大。
B位图放大到一定的倍数后会产生锯齿.C位图图像在表现色彩、色调方面的效果比矢量图更加优越。
图形：狭义上又称为矢量图形或参数图形.按照数学方法定义的线条和曲线组成，含有几何属性.或者说更强调场景的几何表示,是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。
特点：A文件小。
B可采取高分辨印刷.C图形可以无限缩放.3 图形学过程3D几何建模、3D动画设置、绘制（光照和纹理）、生成图像的存储和显示4 与图像处理计算机图形学：研究模型及数据的建立和由模型生成图像的过程和方法.（模型到图像）图像处理：将客观景物数字化成图像，研究数字化图像的采集、去噪、压缩、增强、锐化、复原及重建等。
（图像到特征）对立统一的关系。
5 计算机图形信息的特点图形信息表达直观，易于理解。
图形信息表达精确、精炼。
图形信息能“实时”的反映事物的分布和变化规律6 计算机图形学的应用计算机辅助设计及计算机辅助制造科学计算可视化地图制图与地理信息系统计算机动画、游戏用户接口计算机艺术7 计算机图形系统作为一个图形系统,至少应具有计算、存储、输入、输出、对话等五个方面的基本功能.计算机图形系统主要有三部分构成：人、图形软件包、图形硬件设备。
正无穷字符-概述说明以及解释
正无穷字符-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容主要介绍正无穷字符的概念和相关背景信息。
可以使用以下内容作为参考：概述：正无穷字符（Infinity Characters）是指具有无限长度的字符序列，它们不会结束，也不会重复。
与传统字符不同，正无穷字符可以无限扩展，没有固定的结束点。
随着计算机科学的发展，对于字符操作和文本处理的需求也越来越高。
传统的字符集虽然已经非常广泛，但对于一些特殊的需求，如模拟无限长度文本、处理超大规模数据等，传统字符集的局限性就显现出来了。
正无穷字符的引入，为解决这些问题提供了一种全新的思路。
相比于传统字符集的固定长度，正无穷字符的无限长度使得它们能够处理更大规模的文本数据，并且能够模拟无限长度的文本，满足特定场景下的需求。
本文将深入探讨正无穷字符的定义、特点、应用领域，以及目前已有的实现方法。
同时，我们还将思考正无穷字符对于计算机科学的意义，以及潜在的影响和挑战。
最后，我们也将对未来正无穷字符的发展方向进行展望。
通过全面研究正无穷字符，我们将能够更好地了解其在计算机科学领域的重要性和应用前景。
1.2文章结构1.2 文章结构:本文将以以下方式组织和呈现内容:第一部分是引言部分，旨在介绍本文所要讨论的主题——"正无穷字符"。
在引言部分中，我们将概述正无穷字符的概念和特点，明确文章的目的，并提供一个简要的大纲。
第二部分是正文部分，将重点探讨正无穷字符的定义和特点、其应用领域以及实现方法。
在2.1小节中，我们将详细介绍什么是正无穷字符并讨论其独特的属性和特点。
2.2小节将探索正无穷字符的应用领域，包括在计算机科学、数学、信息技术等领域中的实际运用。
最后，在2.3小节中，我们将探讨实现正无穷字符的不同方法和技术，包括可能的算法和数据结构。
第三部分是结论部分，用于总结与归纳本文的主要内容和观点。
在3.1小节中，我们将对正无穷字符进行一些思考和分析，探讨它可能带来的影响和挑战。
计算机图形学_完整版 ppt课件
输入设备
键盘、鼠标 按钮盒、旋钮 跟踪球、空间球 操作杆 触觉反馈设备 数据手套、数据衣 数字化仪 扫描仪 触摸板 光笔 ……
硬拷贝设备
打印机 喷墨 激光 ……
绘图仪 台式 大型滚动传送式 ……
图形硬件系统组成模块示意图：
或称图形坐标系、用户坐标系、全局坐标系 如在世界坐标系中进行装配
观察坐标系（viewing coordinate）
对场景进行观察所对应的坐标系 对象经变换到该场景的一个二维投影——投影变换
规范化坐标系（normalized coordinate）
可使图形软件与特定输出设备的坐标范围无关 坐标范围：-1～1，或0 ～ 1 等等
在场景中对物体移动、旋转、缩 放、扭曲等，或转换模型坐标系
3D→2D，并对观察区域进行裁 剪和缩放
一种伪变换，对窗口上的最终输 出进行移动、缩放等
三维几何变换
可用4×4矩阵操作统一表示二维和三维几何变换
缩放、旋转、 对称、错切等
平移
投影
整体缩放
基本变换：平移、旋转、缩放
复合变换：可由平移、旋转、缩放和其他变换的矩阵乘积 （合并）形成。
图元的绘制、显示过程
顶点 法向量、颜色、纹理… 像素
图元操作、像素操作 光栅化（扫描转换）
像素信息 帧缓存 显示器
调用底层函数，如 setPixel (x,y)；将当 前像素颜色设定值存 入帧缓存的整数坐标 位置（x,y）处。
图元描述与操作
几何图元由一组顶点（Vertex）描述 这一组顶点可以是一个或是多个。每个顶点信息二维或 三维，使用 2~4 个坐标。顶点信息由位置坐标、颜色 值、法向量、纹理坐标等组成。
计算机图形学第6讲走样与反走样及字符处理
反走样(antialiasing)
在图形显示过程中，用于减少或消除走样（混淆）现 象的方法 提高分辨率方法 非加权区域采样 加权区域采样
方法
6
（1）提高分辨率的反走样方法
方法简单，但代价非常大
显示器的水平、竖直分辩率各提高一倍，则显示 器的点距减少一倍，帧缓存容量则增加到原来的4 倍，而扫描转换同样大小的图元却要花4倍时间
i
i
(1 2 2) / 16 5 / 16
非加权区域采样： s = 3/9
19
字符
字符指数字、字母、汉字等符号。 计算机中字符由一个数字编码唯一标识。
国际上最流行的字符集：“美国信息交换用标准代 码集”，简称ASCII码。它是用7位二进制数进行编 码表示128个字符；包括字母、标点、运算符以及 一些特殊符号。
第7讲 走样与反走样 和字符处理
中南大学地球科学与信息物理学院GIS中心
1
走样现象
走样（aliasing）
用离散量（像素）表示连续的量（图形）而引起的失真， 称为走样，或称为混淆 阶梯（锯齿）状边界 图形细节失真 狭小图形遗失：动画序列中时隐时现，产生闪烁Leabharlann 光栅图形的走样现象
2
（1）阶梯状的图形边界
n 个更小的子像素； 计算中心点落在直线段内的子像素的个数，记为 m， m/n 为线段与像素相交区域面积的近似值
例
目的：简化计算 n = 16, m = 3 近似面积 = 3/16
12
存在的不足
像素的颜色或灰度值与相交（覆盖）区域的面积成正比， 而与相交区域落在像素内的位臵无关，仍会导致锯齿效 应 沿理想直线方向的相邻两个像素的颜色或灰度值会有较 大差异
计算机图形学 第3章 字符
素应置为字符颜色；点阵中值为0表示字符的笔画不
经过此位，对应于此位的像素应置为背景颜色。常用 的点阵大小有5×7，8×8，16×16等，
以8×8点阵字符为例，1个B字符的点阵信息如图3-41所
示，其矩阵点阵值如图3-42所示，占8个字节，其相应的 十六进制数为FC66667C6666FC00。字符一般是以ASCII 值的顺序存储的，如字符B的ASCII码值为66，则在字符 库中的起始字节位置为65×8＋1。
（3）曲线笔划的绘制 对于移动与绘制直线比较简单，而对于过三点绘 制曲线，可使用二次参数曲线（抛物线）。设二 次参数曲线方程为：
x(t)=axt2+bxt+cx
y(t)=ayt2+byt+cy
已知过抛物线三个点坐标(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)，其中 第1个点是抛物线的起点，第3个点是抛物线的终点， 则根据三个点的坐标值，可推出上式的六个系数： ax=2(x3-2x2+ x1)
例如：存放A与B两个矢量字符笔划时，字库内容如下：
65,1,66,17，…
0,10,100,1,50,10,1,100,100,0,30,55,1,75,55,-1,
0,10,10,1,10,110,1,60,110,2, 60,110,80,85,60,60,2, 60,60,80,35,60,10,1,10,10,0,10,60,1,60,60,-1
bx=4x2-x3-3x1
ay=2(y3-2y2+ y1)
by=4y2-y3-3y1
cx=x1
cy=y1
（4）矢量字库的显示。 设矢量字的笔划存在数组中，字符显示的主要VC程序：
CDC *pDC=GetDC(); int bh[]={0,10,10,1,10,110,1,60,110,2, 60,110,80,85,60,60, 2, 60,60,80,35,60,10,1,10,10,0,10,60,1,60,60,-1}，i=0; while(bh[i]!=-1) { if(bh[i]==0) pDC->MoveTo(bh[i+1]+x0,bh[i+2]+y0)，i=i+3; else if(bh[i]==1) pDC->LineTo(bh[i+1]+x0,bh[i+2]+y0)，i=i+3; else if(bh[i]==2) //画曲线 { ax=2.0*(bh[i+5]-2*bh[i+3]+bh[i+1]); ay=2.0*(bh[i+6]-2*bh[i+4]+bh[i+2]); bx=4.0*bh[i+3]-bh[i+5]-3*bh[i+1]; by=4.0*bh[i+4]-bh[i+6]-3*bh[i+2]; cx= bh[i+1]; cy= bh[i+2]; pDC->MoveTo(bh[i+1]+x0,bh[i+2]+y0); for(t=0.05;t<=1.0001;t=t+0.05) //绘制过已知三点的抛物线 {x=ax*t*t+bx*t+cx; y=ay*t*t+by*t+cy; pDC->LineTo(x+x0,ye+y0); } i=i+7; } }
计算机图形学基础知识重点整理
目录一、图形表示与构成 (3)（一）构成要素 (3)（二）计算机表示 (3)二、图形处理流程 (3)（一）应用阶段 (3)（二）几何阶段 (3)（三）光栅化阶段 (3)（四）输出合并阶段 (3)三、与图像处理的关系 (4)（一）计算机图形学 (4)（二）图像处理 (4)（三）相互交融 (4)四、图形扫描转换 (4)（一）直线扫描转换 (4)（二）圆扫描转换 (4)（三）椭圆扫描转换与线宽处理 (4)五、计算机图形系统功能 (4)（一）计算功能 (4)（二）存储功能 (4)（三）输入功能 (5)（四）输出功能 (5)（五）对话功能 (5)六、坐标系 (5)（一）世界坐标系 (5)（二）建模坐标系（局部坐标系） (5)（三）观察坐标系 (5)（四）设备坐标系 (5)（五）标准化坐标系 (5)（六）笛卡尔坐标系 (5)（七）齐次坐标系 (5)（八）自动驾驶领域坐标系 (6)七、图形的几何变换 (6)1. 基本变换类型 (6)2. 变换矩阵表示 (6)八、光照模型与渲染技术 (6)1. 光照模型分类 (6)2. 渲染技术概述 (6)九、图形裁剪与消隐 (6)1. 图形裁剪算法 (6)2. 消隐技术 (7)十、可见性判定与遮挡处理 (7)1. 可见性判定算法 (7)2. 遮挡处理方法 (7)十一、图形硬件加速技术 (8)1. 图形处理单元（GPU）原理 (8)2. 硬件加速技术应用 (8)十二、计算机图形学的应用领域 (8)1. 游戏开发 (8)2. 影视特效制作 (9)3. 虚拟现实（VR）与增强现实（AR） (9)4. 计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM） (9)5. 科学可视化 (9)十三、计算机图形学的发展趋势 (9)1. 实时全局光照与物理模拟 (9)2. 人工智能与计算机图形学的融合 (10)3. 虚拟现实与增强现实的拓展 (10)4. 多学科交叉与创新应用 (10)十四、图形交互技术 (10)1. 手势识别与交互 (10)2. 语音交互与图形系统 (10)3. 眼动追踪与图形交互 (11)十五、图形压缩与传输技术 (11)1. 图形压缩算法分类 (11)2. 图形数据传输优化 (11)十六、图形学中的性能优化策略 (12)1. 算法优化 (12)2. 数据结构优化 (12)3. 多线程与并行计算优化 (12)十七、计算机图形学中的艺术与审美 (12)1. 图形设计原则 (12)2. 色彩理论在图形学中的应用 (13)3. 创意与灵感来源 (13)十八、三维模型的构建与优化 (13)1. 建模方法概述 (13)2. 模型优化技术 (13)十九、动画技术基础 (14)1. 关键帧动画 (14)2. 骨骼动画 (14)3. 物理动画 (15)二十、计算机图形学中的数学基础 (15)1. 线性代数基础 (15)2. 微积分基础 (15)二十一、计算机图形学中的伦理问题 (16)1. 虚假信息与误导性图形 (16)2. 隐私侵犯与数据安全 (16)二十二、新兴技术对计算机图形学的影响 (16)1. 量子计算与图形学 (16)2. 深度学习与图形生成 (17)3. 虚拟现实与增强现实技术的新进展 (17)二十三、计算机图形学在不同行业中的实践案例 (17)1. 影视特效行业 (17)2. 游戏开发行业 (18)3. 建筑设计行业 (18)4. 汽车设计行业 (18)二十四、计算机图形学学习资源与学习方法建议 (19)1. 学习资源推荐 (19)2. 学习方法建议 (19)计算机图形学基础知识重点整理一、图形表示与构成（一）构成要素·图形是客观事物的抽象呈现，包含几何与非几何信息。
计算机图形学--字符讲解
字符属性
–字体 宋体 仿宋体 楷体 黑体 隶书
–字高 宋体 宋体
宋体 宋体
大海 大海 倾斜 倾斜
–字宽
大海
大海
–字倾斜角
–对齐 (左对齐、中心对齐、右对齐)
–字色 红色、绿色、蓝色
• 字符也是图形
• 为了能够区分ASCII码与汉字编码，采用字节 的最高位来标识：最高位为0表示ASCII码；最 高位为1表示表示汉字编码。
• 字库：为了在显示器等输出设备上输出字符， 系统中必须装备有相应的字库。字库中存储了 每个字符的形状信息，字库分为矢量型和点阵 型两种。
• 点阵字符:每个字符由一个位图表示，该位为1
2.4 字符
• 字符指数字、字母、汉字等符号。
• 计算机中字符由一个数字编码唯一标识。 • 国际上最流行的字符集：“美国信息交换用标准代 码集”，简称ASCII码。它是用7位二进制数进行编 码表示128个字符；包括字母、标点、运算符以及 一些特殊符号。
• 汉字编码的国家标准字符集：GB2312－80。 该字符集分为94个区，94个位，每个符号由一 个区码和一个位码共同标识。区码和位码各用 一个字节表示。
象素相交的五种情况及用于计算面积的量
• 面积计算
– 情况⑴（5)阴影面积为：D2/2m； – 情况⑵（4)阴影面积为：D - m/2；
– 情况⑶阴影面积为：1 - D2/m
• 为了简化计算可以采用离散的方法
n=9,k=3近似面积为1/3
– 首先将屏幕象素均分成n个子象素，
– 然后计算中心点落在直线段内的子象素的个数k。 – 将屏幕该象素的亮度置为相交区域面积的近似值可k/n。
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1 1 1 1 1 1 1 0
1 w( x, y ) e 2
x2 y2 2 2
F w( x, y)dA
A'
• 可采用离散计算方法
–如：我们将屏幕划分为n=3×3个子象素，加权表可 以取作：
y
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
w1 w2 w3 1 2 1 w4 w5 w6 1 2 4 2 16 w7 w8 w9 1 2 1
• 为了能够区分ASCII码与汉字编码，采用字节 的最高位来标识：最高位为0表示ASCII码；最 高位为1表示表示汉字编码。
• 字库：为了在显示器等输出设备上输出字符， 系统中必须装备有相应的字库。字库中存储了 每个字符的形状信息，字库分为矢量型和点阵 型两种。
• 点阵字符:每个字符由一个位图表示，该位为1
–每个象素是一个具有一定面积的小区域，将直线段看 作具有一定宽度的狭长矩形。当直线段与象素有交时， 求出两者相交区域的面积，然后根据相交区域面积的 大小确定该象素的亮度值。
示意图
5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
(1)
D/m
(2)
(3)
(4)
(5)
D
D m
有宽度的线条轮廓
2.6.1提高分辨率
• 把显示器分辨率提高一倍，
– 直线经过两倍的象素，锯齿也增加一倍， – 但同时每个阶梯的宽度也减小了一倍，
– 所以显示出的直线段看起来就平直光滑了一些。
• 增加分辨率虽然简单，但是不经济的方法，有物理上的困难 • 而且它也只能减轻而不能消除锯齿问题
2.6.2 区域采样
• 基本思想：
象素相交的五种情况及用于计算面积的量
• 面积计算
– 情况⑴（5)阴影面积为：D2/2m； – 情况⑵（4)阴影面积为：D - m/2；
– 情况⑶阴影面积为：1 - D2/m
• 为了简化计算可以采用离散的方法
n=9,k=3近似面积为1/3
– 首先将屏幕象素均分成n个子象素，
– 然后计算中心点落在直线段内的子象素的个数k。 – 将屏幕该象素的亮度置为相交区域面积的近似值可k/n。
1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
点阵字符
点阵字库中的位图表示
矢量轮廓字符
• 特点：
•
dA d
x
权函数w（x,y）为微面元dA与象素中心距离d的函数
–然后求出所有中心落于直线段内的子象素。
–最后计算所有这些子象素对原象素亮度贡献之和
w
i
i
乘以象素的最大灰度值作为该象素的显示灰
度值。
• 矢量字符:记录字符的笔画信息，而不是整个位 图，具有存储空间小，美观、变换方便等优点。 对于字符的旋转、缩放等变换，
– 点阵字符的变换需要对表示字符位图中的每一象素 进行； – 矢量字符的变换只要对其笔画端点进行变换就可以 了。矢量字符的显示也分为两步。
– 显示：首先从字库中将它的字符信息。然后取出端 点坐标，对其进行适当的几何变换，再根据各端点 的标志显示出字符。
2.4 字符
• 字符指数字、字母、汉字等符号。
• 计算机中字符由一个数字编码唯一标识。 • 国际上最流行的字符集：“美国信息交换用标准代 码集”，简称ASCII码。它是用7位二进制数进行编 码表示128个字符；包括字母、标点、运算符以及 一些特殊符号。
• 汉字编码的国家标准字符集：GB2312－80。 该字符集分为94个区，94个位，每个符号由一 个区码和一个位码共同标识。区码和位码各用 一个字节表示。
0 1 1 0 1 1 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
点阵字符
点阵字库中的位图表示
– 在实际应用中，有多种字体（如宋体、楷体等）， 每种字体又有多种大小型号，因此字库的存储空间 是很庞大的。解决这个问题一般采用压缩技术。 – 点阵字符的显示分为两步。首先从字库中将它的位 图检索出来。然后将检索到的位图写到帧缓冲器中。
– 点阵字符：存储量大，易于显示 – 矢量字符：存储量小，美观，变换方便; 但需要光 栅化后才能显示。
字符属性
–字体 宋体 仿宋体 楷体 黑体 隶书
–字高 宋体 宋体
宋体 宋体
大海 大海 倾斜 倾斜
–字宽
大海
大海
–字倾斜角
–对齐 (左对齐、中心对齐、右对齐)
–字色 红色、绿色、蓝色
• 字符也是图形
• 方正的启发：符合国情才有生命力。
对软件的启发：ISO、CMM？中国特色？
思考：CAD软件
2.6 反走样
• 用离散量表示连续量引起的失真现象称之为走 样(aliasing)
• 用于减少或消除这种效果的技术称为反走样 (antialiasing) 2.6.1提高分辨率 2.6.2 区域采样 2.6.3 加权区域取样
• 非加权区域采样方法有两个缺点：
– 象素的亮度与相交区域的面积成正比，而与相交区域落在象 素内的位置无关，这仍然会导致锯齿效应。
– 直线条上沿理想直线方向的相邻两个象素有时会有较大的灰 度差。
2.6.3 加权区域取样
• 基本思想：
–使相交区域对象素亮度的贡献依赖于该区域与象素中 心的距离
–当直线经过该象素时，该象素的亮度F是在两者相交区 域A’上对滤波器（函数w）进行积分的积分值。