计算机图形学
计算机图形学教案
计算机图形学教案一、课程简介计算机图形学是一门涉及计算机图形、图像处理和计算机视觉等领域的重要课程。
本课程将介绍计算机图形学的基本概念、原理和应用，帮助学生掌握计算机图形学的基础知识，并提升他们在图形学领域的技能。
二、课程结构1. 计算机图形学基础- 介绍计算机图形学的历史发展和基本概念- 讨论计算机图形学的应用领域和未来发展趋势- 熟悉图像处理、图形学渲染和动画等基本技术2. 图形系统建模- 学习三维图形对象的建模和表示方法- 掌握光栅化和矢量化图形处理技术- 讨论图形系统的设计和实现3. 计算机视觉- 理解视觉系统的基本原理和功能- 学习计算机视觉的算法和应用- 探讨计算机视觉在人工智能领域的应用4. 图形学编程实践- 深入学习图形学编程语言和库- 完成实际项目，提升图形学编程能力- 探索图形学在多领域的应用案例三、教学目标1. 帮助学生全面了解计算机图形学的基本知识和技术2. 培养学生分析和解决计算机图形学问题的能力3. 提升学生在图形学领域的实际操作和应用能力4. 激发学生对计算机图形学研究的兴趣和热情四、教学方法1. 理论讲解：通过课堂讲解、案例分析等方式，向学生介绍计算机图形学的基本概念和原理2. 实践操作：组织学生参与实验、项目等实际操作，巩固理论知识并提升实践能力3. 课堂互动：鼓励学生提问、讨论，促进师生间的互动和交流4. 作业考核：布置不同形式的作业，检测学生对知识的掌握情况，促进学习效果的提升五、教材参考1. 《计算机图形学导论》2. 《OpenGL图形与游戏开发实践》3. 《计算机视觉：算法与应用》4. 《经典图形学算法实例详解》六、学习评价1. 课堂表现：出勤情况、课堂参与度等2. 作业考核：课后作业、实验报告等3. 期末考核：闭卷考试、项目实践等4. 综合评价：综合考虑以上因素，对学生进行综合评定七、总结计算机图形学作为一门新兴的学科，正逐渐成为信息技术领域的热门专业之一。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理一、图形学的概念计算机图形学简单来说，就是让计算机去生成、处理和显示图形的学科。
它就像是一个魔法世界，把一堆枯燥的数字和代码变成我们眼睛能看到的超酷图形。
你看那些超炫的3D游戏里的场景、超逼真的动画电影，那可都是计算机图形学的功劳。
这个学科就是想办法让计算机理解图形，然后把图形按照我们想要的样子呈现出来。
二、图形的表示1. 点点是图形里最基本的元素啦。
就像盖房子的小砖头一样，很多个点组合起来就能变成各种图形。
一个点在计算机里就是用坐标来表示的，就像我们在地图上找一个地方，用经度和纬度一样，计算机里的点就是用x和y坐标（如果是3D图形的话，还有z坐标呢）来确定它在空间里的位置。
2. 线有了点，就能连成线啦。
线有各种各样的类型，直线是最简单的，它的方程可以用我们学过的数学知识来表示。
比如说斜截式y = kx + b，这里的k就是斜率，b就是截距。
还有曲线呢，像抛物线、双曲线之类的，在图形学里也经常用到。
这些曲线的表示方法可能会复杂一点，但也很有趣哦。
3. 面好多线围起来就形成了面啦。
面在3D图形里特别重要，因为很多3D物体都是由好多面组成的。
比如说一个正方体，就有六个面。
面的表示方法也有不少，像多边形表示法，就是用好多条边来围成一个面。
三、图形变换1. 平移平移就是把图形在空间里挪个位置。
这就像我们把桌子从房间的这头搬到那头一样。
在计算机里，平移一个图形就是把它每个点的坐标都加上或者减去一个固定的值。
比如说把一个点(x,y)向右平移3个单位，向上平移2个单位，那这个点就变成(x + 3,y + 2)啦。
2. 旋转旋转就更有意思啦。
想象一下把一个图形像陀螺一样转起来。
在计算机里旋转图形，需要根据旋转的角度和旋转中心来计算每个点新的坐标。
这就得用到一些三角函数的知识啦，不过也不难理解。
比如说以原点为中心，把一个点(x,y)逆时针旋转θ度，新的坐标就可以通过一些公式计算出来。
3. 缩放缩放就是把图形变大或者变小。
计算机图形学
计算机图形学1. 简介计算机图形学是研究如何使用计算机来生成、处理和显示图像的一门学科。
它主要涉及图像的几何和物理特性的建模，以及图像的渲染和表示。
计算机图形学在各个领域中都有广泛的应用，包括游戏开发、电影制作、虚拟现实、医学成像等。
2. 图形学的基本概念图形学的基本概念包括点、线、多边形和曲线等基本元素，以及相应的数学方法和算法。
这些方法和算法用于描述和处理图像的几何特性，包括位置、方向、大小和形状等。
2.1 点和线在计算机图形学中，点是图像中最基本的元素，可以通过坐标系来表示。
线是由两个点之间的连接所形成的，可以通过直线方程或参数方程来描述。
2.2 多边形和曲线多边形是由多个线段连接而成的封闭图形，可以通过顶点的集合来描述。
曲线是由多个点按照一定规律连接而成的，可以通过控制点和插值方法来表示。
3. 图形的几何建模图形的几何建模是计算机图形学中的一个重要研究方向，它涉及如何使用数学模型来表示和描述物体的几何特性。
常用的几何建模方法包括点、线、面、体和曲面等。
3.1 点云和网格模型点云模型是一组离散的点的集合，它可以用于表示不规则形状的物体。
网格模型是一组由三角形或四边形面片组成的表面模型，它可以用于表示规则形状的物体。
3.2 曲面建模曲面建模是基于数学曲面的建模方法，它将物体表面抽象为由曲线和曲面组成的，可以通过控制点和插值方法来表示。
常用的曲面建模方法包括贝塞尔曲线和贝塞尔曲面等。
4. 图形的渲染和表示图形的渲染和表示是计算机图形学中的另一个重要研究方向，它涉及如何将图像的几何信息转化为可视的图像。
常用的渲染和表示方法包括光栅化、光线追踪和纹理映射等。
4.1 光栅化光栅化是将几何对象转化为像素的过程，它涉及将线段或多边形映射到屏幕上的像素点，并进行相应的着色和填充。
常用的光栅化算法包括Bresenham算法和扫描线算法等。
4.2 光线追踪光线追踪是一种以物理光线为基础的渲染方法，它从观察者的视角出发，沿着光线的路径跟踪物体的相交和反射，最终得到图像。
计算机图形学教案
计算机图形学教案第一章：计算机图形学概述1.1 课程介绍计算机图形学的定义计算机图形学的发展历程计算机图形学的应用领域1.2 图形与图像的区别图像的定义图形的定义图形与图像的联系与区别1.3 计算机图形学的基本概念像素与分辨率矢量与栅格颜色模型图像文件格式第二章：二维图形基础2.1 基本绘图函数画点函数画线函数填充函数2.2 图形变换平移变换旋转变换缩放变换2.3 图形裁剪矩形裁剪贝塞尔曲线裁剪多边形裁剪第三章：三维图形基础3.1 基本三维绘图函数画点函数画线函数填充函数3.2 三维变换平移变换旋转变换缩放变换3.3 光照与材质基本光照模型材质的定义与属性光照与材质的实现第四章：图像处理基础4.1 图像处理基本概念像素的定义与操作图像的表示与存储图像的数字化4.2 图像增强对比度增强锐化滤波4.3 图像分割阈值分割区域生长边缘检测第五章：计算机动画基础5.1 动画基本概念动画的定义与分类动画的基本原理动画的制作流程5.2 关键帧动画关键帧的定义与作用关键帧动画的制作方法关键帧动画的插值算法5.3 骨骼动画骨骼的定义与作用骨骼动画的制作方法骨骼动画的插值算法第六章：虚拟现实与增强现实6.1 虚拟现实基本概念虚拟现实的定义与分类虚拟现实技术的关键组件虚拟现实技术的应用领域6.2 虚拟现实实现技术头戴式显示器（HMD）位置追踪与运动捕捉交互设备与手势识别6.3 增强现实基本概念与实现增强现实的定义与原理增强现实技术的应用领域增强现实设备的介绍第七章：计算机图形学与人类视觉7.1 人类视觉系统基本原理视觉感知的基本过程人类视觉的特性和局限性视觉注意和视觉习惯7.2 计算机图形学中的视觉感知视觉感知在计算机图形学中的应用视觉线索和视觉引导视觉感知与图形界面设计7.3 图形学中的视觉错误与解决方案常见视觉错误分析避免视觉错误的方法提高图形可读性与美观性第八章：计算机图形学与艺术8.1 计算机图形学在艺术创作中的应用数字艺术与计算机图形学的交融计算机图形学工具在艺术创作中的使用计算机图形学与艺术的创新实践8.2 计算机图形学与数字绘画数字绘画的基本概念与工具数字绘画技巧与风格数字绘画作品的创作与展示8.3 计算机图形学与动画电影动画电影制作中的计算机图形学技术3D动画技术与特效制作动画电影的视觉艺术表现第九章：计算机图形学的未来发展9.1 新兴图形学技术的发展趋势实时图形渲染技术基于物理的渲染动态图形设计9.2 计算机图形学与其他领域的融合计算机图形学与的结合计算机图形学与物联网的结合计算机图形学与生物医学的结合9.3 计算机图形学教育的未来发展图形学教育的重要性图形学教育的发展方向图形学教育资源的整合与创新第十章：综合项目实践10.1 项目设计概述项目目标与需求分析项目实施流程与时间规划项目团队组织与管理10.2 项目实施与技术细节项目技术选型与工具使用项目开发过程中的关键技术项目测试与优化10.3 项目成果展示与评价项目成果的展示与推广项目成果的评价与反馈重点和难点解析一、图像的定义与图像的定义，图形与图像的联系与区别1. 学生是否能够理解并区分图像和图形的概念。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理一、图形学基础知识1、图形学的定义：图形学是一门研究图形的计算机科学，它研究如何使用计算机来生成、处理和显示图形。
2、图形学的应用：图形学的应用非常广泛，它可以用于计算机游戏、虚拟现实、图形用户界面、图形设计、图形处理、图形建模、图形分析等。
3、图形学的基本概念：图形学的基本概念包括图形、坐标系、变换、光照、纹理、投影、深度缓冲、抗锯齿等。
4、图形学的基本算法：图形学的基本算法包括几何变换、光照计算、纹理映射、投影变换、深度缓冲、抗锯齿等。
5、图形学的基本技术：图形学的基本技术包括OpenGL、DirectX、OpenCL、CUDA、OpenGL ES等。
二、图形学的基本原理1、坐标系：坐标系是图形学中最基本的概念，它是一种用来表示空间位置的系统，它由一系列的坐标轴组成，每个坐标轴都有一个坐标值，这些坐标值可以用来表示一个点在空间中的位置。
2、变换：变换是图形学中最重要的概念，它指的是将一个图形从一个坐标系变换到另一个坐标系的过程。
变换可以分为几何变换和光照变换，几何变换包括平移、旋转、缩放等，光照变换包括颜色变换、照明变换等。
3、光照：光照是图形学中最重要的概念，它指的是将光照投射到物体表面，从而产生颜色和纹理的过程。
光照可以分为环境光照、漫反射光照和镜面反射光照。
4、纹理：纹理是图形学中最重要的概念，它指的是将一张图片映射到物体表面，从而产生纹理的过程。
纹理可以分为纹理映射、纹理坐标变换、纹理过滤等。
5、投影：投影是图形学中最重要的概念，它指的是将一个三维图形投射到二维屏幕上的过程。
投影可以分为正交投影和透视投影，正交投影是将三维图形投射到二维屏幕上的过程，而透视投影是将三维图形投射到二维屏幕上，从而产生透视效果的过程。
计算机图形学ppt(共49张PPT)
应用领域
广泛应用于机械、电子、建筑、汽车等制造业领域。
计算机游戏设计与开发
游戏引擎
基于计算机图形学技术构建游戏引擎， 实现游戏场景、角色、特效等的渲染 和交互。
应用领域
广泛应用于娱乐、教育、军事模拟等 领域。
游戏设计
利用计算机图形学技术进行游戏关卡、 任务、角色等的设计，提高游戏的可 玩性和趣味性。
纹理映射与表面细节处理
纹理坐标
定义物体表面上的点与纹理图像上的点之间 的映射关系。
Mipmapping
使用多级渐远纹理来减少纹理采样时的走样 现象。
Bump Mapping
通过扰动表面法线来模拟表面凹凸不平的细 节。
Displacement Mapping
根据高度图调整顶点位置，实现更真实的表 面细节。
透明度与半透明处理
Alpha Blending
通过混合像素的颜色和背景颜 色来实现透明度效果。
Order-Independent Transparency
一种解决透明物体渲染顺序问 题的方法，可以实现正确的透 明效果叠加。
Depth Peeling
通过多次渲染场景，每次剥离 一层深度，来实现半透明物体 的正确渲染。
如中点画圆算法，利用圆 的八对称性，通过计算决 策参数来生成圆。
多边形的生成算法
如扫描线填充算法，通过 扫描多边形并计算交点来 生成多边形。
二维图形的变换与裁剪
二维图形的变换
包括平移（Translation）、旋转（Rotation）、 缩放（Scaling）等变换，可以通过变换矩阵来实 现。
二维图形的裁剪
后期制作
在影视制作后期，利用计算机图形学技术进行颜色校正、合成、剪 辑等处理，提高影片质量。
计算机图形学与计算机视觉
计算机图形学与计算机视觉计算机图形学和计算机视觉是计算机科学中的两个重要分支，分别涉及数字图像处理、计算机图像生成和视觉感知等方面。
虽然两者都是处理数字图像的技术，但是却有着不同的应用场景和目的。
计算机图形学是用于创建、处理和显示二维和三维图像的技术。
它主要关注计算机生成的图像、图形和动画的研究和开发。
计算机图形学的主要任务是将人类想象出来的视觉元素转换成计算机可以处理的数字形式。
为此，它需要使用各种算法和技术，包括3D建模、渲染、光照和投影等。
计算机图形学的应用非常广泛，其中最常见的应用之一是视频游戏和电影制作。
计算机视觉则主要用于分析和理解现实世界中的图像和视频。
计算机视觉可以通过算法和模型来分离出图像中的不同元素，比如人、车、建筑物和道路等。
计算机视觉的应用范围也非常广泛，如无人驾驶、人脸识别、物体识别、图像搜索和医学影像分析等。
计算机图形学和计算机视觉在实践中经常相互补充。
比如在游戏中，计算机图形学可以用来创建游戏场景和角色，而计算机视觉则可以用来识别玩家面部表情和动作。
此外，计算机图形学还可以用于虚拟现实和增强现实的开发，让人们可以通过计算机生成的图像和场景来感受更加真实的体验。
对于计算机视觉和计算机图形学的研究来说，机器学习和深度学习技术也成为了不可或缺的一部分。
通过这些技术，计算机可以自主地学习和理解图像和视频中的信息，并自行调整算法来实现更好的结果。
这些技术的应用领域非常广泛，如人脸识别、自然语言处理、语音识别、文本分类等。
总的来说，计算机图形学和计算机视觉是计算机科学中不可或缺的两个分支。
虽然它们在应用场景和目的上有所不同，但都对我们的生活产生了重要的影响。
随着技术的不断进步，计算机图形学和计算机视觉的应用也将不断延伸和发展，为我们带来更加便捷和丰富的数字世界。
计算机图形学名词解释
*计算机图形学是指用计算机产生对象图形的输出的技术。
更确切的说，计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。
*图形学的主要研究内容：图形的生成和表示技术；图形的操作和处理方法；图形输出设备与输出技术的研究；图形输入设备、交互技术和用户接口技术的研究；图形信息的数据结构及存储、检索方法；几何模型构造技术；动画技术；图形软硬件的系列化、模块化和标准化的研究；科学计算的可视化*能够正确地表达出一个对象性质、结构和行为的描述信息，成为这个对象的模型。
*图像处理是指用计算机来改善图像质量的数字技术。
*模式识别是指用计算机对输入图形进行识别的技术。
*计算几何学是研究几何模型和数据处理的学科。
*交互式计算机图形学是指用计算机交互式地产生图形的技术。
*计算机图形系统的硬件包括五部分：计算机、显示处理器、图形显示器、输入设备、硬拷贝设备。
*CRT图形显示器工作方式有两种：随机扫描方式和光栅扫描方式。
*随机扫描方式的图形显示器通过画出一系列线段来画出图形。
*一帧：扫描过程所产生的图像。
*像素：在光栅扫描图形显示器中，屏幕上可以点亮或熄灭的最小单位。
*分辨率：显示屏上像素的总数。
*帧存储器：二维矩阵，帧存储大小=分辨率*单元字节，存储屏幕上每个像素对应的颜色或亮度值。
*屏幕上每个像素对应的颜色或亮度值要存储在帧存储器中。
*将图形描述转换成用像素矩阵表示的过程称为扫描转换。
*在光栅扫描显示方式中像素坐标是行和列的位置值，只能取整数。
*图形基元（输出图形元素）：图形系统能产生的最基本图形。
*区域是指光栅网络上的一组像素。
*区域填充是把某确定的像素值送入到区域内部的所有像素中。
*区域填充方法：一类方法是把区域看做是由多边形围成的，区域事实上由多边形的顶点序列来定义，相应的技术称为是以多边形为基础的；另一类方法是通过像素的值来定义区域的内部，这时可以定义出任意复杂形状的区域。
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1.3计算机图形学的应用领域
虚拟绘制工具：
通过虚拟画笔和虚拟画纸，画家可以用数字化输入设备代 替传统的纸和笔来创作美术作品
虚拟毛笔
1.3计算机图形学的应用领域
非真实感绘制技术
非真实绘制就是将图形绘制成各种手绘的艺术效果， 是80年代后期兴起的计算机图形学的一个研究热点。在艺 术、娱乐和工程领域得到了广泛的应用，非真实感绘制的 研究又有两个研究内容：一个是针对三维模型通过边缘检 测、光照处理等技术将三维模型输出为某种手绘或艺术风 格的图像；另一个是将一幅数字照片转化成某种艺术风格 的图像。
英国剑桥大学CAD小组的Build系统 美国罗彻斯特大学的PADL-1系统
1.2计算机图形学的起源与发展
在70年代，除了传统的军事和工业领域，计算 机图形学还被广泛的应用于教育、科研、艺术、 娱乐等行业。
➢ 80年代是计算机图形系统迅速推广应用的年代。 计算机图形软件功能开始部分地由硬件来实现， 微机的推广，更加进一步拓宽了图形学的应用和 研究。graphical user interface (GUI) 得到广泛的 应用。
1.2计算机图形学的起源与发展
➢70年代是图形学迅速发展并结出累累硕果 的年代。
光栅图形学迅速发展
区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念、及其相应 算法纷纷诞生。
图形软件标准化
1974年，ACM SIGGRAPH的与“与机器无关的图形 技术”的工作会议
ACM成立图形标准化委员会，制定“核心图形系统” （Core Graphics System）
计算机图形学
讲：
计算机图形学概述
SurveyofComputerGrap hics
1.1什么计算机图形学
➢图形与图像
图像： 以像素点阵来表示图像信息
图形： 是矢量图，以图形的几何、物理属性来 表示图形。
➢计算机图形学
美国的James Foley在其著作中定义：计算机 图形学是运用计算机描述、输入、表示、存储、 处理（检索/变换/图形运算）、显示、输出图形的 一门学科。
生成（create ）：如何快速、有效的生成图形 的几何和物理信息。
处理（manipulate）：对现有的图形信息进行 存储、加工、处理以满足实际的需要。
显示（display)：根据图形的几何和物理信息， 如何将图形在图形设备上显示出来。
1.2计算机图形学的起源与发展
➢ 最早使用computer graphics 一词的是波音飞机公 司William Fetter，于1960年提出computer
1964年MIT的教授Steven A. Coons提出了超 限插值的新思想，通过插值四条任意的边界曲 线来构造曲面。
IBM迅速推出了IBM 2250 图形终端，成为第一 个商业图形计算机。
各种专门研究团体、学术会议、图形标准相继 诞生，69年，著名的SIGGRAPH （Special Interest Group in Graphics ）诞生
1.1什么计算机图形学
➢ 1982年，ISO给出的定义：研究用计算机进行数 据和图形之间相互转换的方法和技术。
※计算机图形学是研究利用计算机来表示、生成、 处理、显示图形的学科。
➢计算机图形学是计算机科学中，最为活跃、应用 最广泛的分支之一。
1.1什么计算机图形学
表示（representation ）：如何利图形的几 何和物理信息来描述图形。
ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS
1.2计算机图形学的起源与发展
真实感图形学
1970年，Bouknight提出了第一个光反射模型 1971年Gourand提出“漫反射模型＋插值”的思想，
被称为Gourand明暗处理 1975年，Phong提出了著名的简单光照模型- Phong
模型
实体造型技术
➢ 50年代末，MIT的林肯实验室在Whirlwind计算机上 开发SAGE空中防御体系。第一次用光笔在屏幕上选 取图形。预示着交互式图形生成技术的诞生。
➢ MIT的TX-2计算机的研制成功，使交互计算成为可能， 使交互式图形学研究迈出了重要的一步。
➢ 60年代是计算机图形学确立和兴起的年代 1962年，MIT林肯实验室的I. E. Sutherland发表了
➢ 90年代3d图形学在游戏，动画，多媒体领域得到 了更广泛的应用，95年pixar制作了第一步完全有 计算机生成的三维动画大片-玩具总动员。
1.3计算机图形学的应用领域
➢1.3.1图形用户接口（GUI）
通过图标或代表一定意义的图形作为人们与机器 设备的接口，通过gui人们可以更加直观、更加简 单的实现人机交互。
90 80 70 60 50 40 30 20 10
0 第一季度 第二季度 第三季度 第四季度
东部 西部 北部
1.3计算机图形学的应用领域
➢1.3.4计算机美术（computer art )
计算机美术是计算机图形学最直接、最活跃、最 广泛的应用领域之一，计算机美术的研究主要有 两个方面：
虚拟绘画工具 非真实感绘制技术。
graphics 一词。他在研究人机工程学时利用计算
机生成最早的人体图形，被称为“Boeing Man”, Fetter称之为 "First Man". ➢ 1950年，第一台图形显示器作为美国麻省理工学 院（MIT）旋风I号（Whirlwind I）计算机的附件 诞生了。
1.2计算机图形学的起源与发展
一篇题为“Sketchpad：A man-machine graphical communication system ”的博士论文。开始了图形
学研究的黄金年代。各大公司和高校迅速投入到计算 机图形学的研究领域之中。
1.2计算机图形学的起源与发展
1962年，雷诺汽车公司的工程师Pierre Bézier 提出Bézier曲线、曲面的理论
1.3计算机图形学的应用领域
➢1.3.2 计算机辅助设计（CAD）
CAD是计算机图形学在工业界最广泛、最 活跃的 应用领域。
机械的结构设计
1.3计算机图形学的应用领域
汽车外形设计
1.3计算机图形学的应用领域
➢1.3.3示例图形（Presentation Graphics）
用于研究、管理报告或消费者信息发布或其他报 告中的有关金融、统计、数学、科学、经济等数据 的图形表示，