计算机图形学_三维视图
计算机图形学中的三维模型渲染技术
计算机图形学中的三维模型渲染技术计算机图形学中的三维模型渲染技术是一种将三维模型转化为二维图像的过程。
通过渲染技术，我们可以以逼真的方式将虚拟世界呈现在计算机屏幕上。
在本文中，我将详细介绍三维模型渲染技术的内容和步骤。
一、三维模型渲染技术的基本概念1. 三维模型：指的是在计算机系统中创建的具有三维坐标系的虚拟对象。
2. 渲染：将三维模型转化为二维图像的过程，使其具有逼真的光照、材质和阴影效果。
二、三维模型渲染技术的步骤1. 准备阶段- 创建三维模型：使用计算机辅助设计软件，如Autodesk Maya或Blender等，创建三维模型。
- 设定材质和纹理：为每个模型的表面添加材质和纹理，以增加逼真度。
- 设置光源：确定场景中的光源位置和类型，如平行光、点光源或聚光灯等。
2. 几何处理阶段- 几何变换：将创建的三维模型进行平移、旋转和缩放等变换操作，以适应不同的场景需求。
- 裁剪：根据设定的视口大小，将场景中不在视野范围内的三维模型剔除，减少计算复杂度。
- 光照计算：根据设定的光源和材质属性，计算每个表面点的光照强度，生成光照图。
3. 光栅化阶段- 投影变换：将三维模型的顶点坐标映射到二维屏幕坐标上。
- 面剖分：将三维模型分解为单个三角形面片，简化光栅化计算。
- 扫描转化：将二维的几何信息转化为像素点，根据光照信息确定像素点的颜色。
4. 物理模拟阶段- 阴影计算：根据光照和物体的相对位置，计算产生各种阴影效果，如平面阴影和模糊阴影等。
- 着色：根据三维模型的材质属性，计算每个像素点的颜色，包括漫反射、镜面反射和环境光等。
- 粒子系统：模拟物体的自然行为，如烟雾、火焰、水流等特效。
5. 输出阶段- 图像复合：将经过光栅化和物理模拟处理后的图像进行合成，包括图像叠加、混合和过滤等。
- 反走样：解决图像锯齿边缘问题，通过平滑边缘像素来提高图像质量。
- 输出图像：将最终渲染得到的二维图像保存为目标格式，如JPEG、PNG或BMP等。
计算机图形学中的三维建模技术研究
计算机图形学中的三维建模技术研究随着科技的发展，计算机图形学中的三维建模技术越来越受到重视，成为数字媒体、游戏、影视等众多领域不可缺少的组成部分。
三维建模技术旨在将物理世界的实体对象精确地转化为数字化的三维模型，为后续的渲染、动画制作和虚拟现实等提供了坚实的基础。
本文将从常用的三维建模技术、三维建模工具以及三维建模应用等角度，分别进行分析和探讨。
一、常用的三维建模技术1.多边形建模多边形建模是目前应用最为广泛的三维建模技术之一，它主要基于多边形网格构建物体的表面。
多边形建模包括拓扑结构的建立和纹理映射的贴图等步骤。
由于多边形建模技术易于掌握和应用，因此在游戏、动画、建筑设计等众多领域得到了广泛的应用。
2.曲面建模曲面建模是比多边形建模更高级的三维建模技术，它可以更加精细地表现物体表面的曲率和光滑度，同时也能够提高模型的真实感。
曲面建模主要分为由参数方程描述的和由Bézier曲线和B样条曲面等数学方法描述的。
3.体素建模体素建模是一种基于三维图像的体素化方式，它将三维物体分成许多体素，并对每个体素进行着色，在显示器上合成出三维模型。
这种建模技术主要应用于医学影像、飞行模拟等需要真实体验的领域。
二、常用的三维建模工具1.MayaMaya是由Autodesk公司开发的三维建模软件之一，它可以创建高品质的动画特效、游戏以及影视作品等数字媒体制作。
Maya适用于从建模、纹理映射到灯光渲染等整个制作流程，是三维建模领域的重要工具。
2.3ds Max3ds Max是由Autodesk公司开发的三维建模软件，主要应用于游戏、可视化、建筑、工程等领域。
3ds Max具有强大的模型工具、渲染技术、动画特效等功能，可以满足建模师的需求。
3.BlenderBlender是一款由Blender Foundation开发的免费开源的三维建模软件，它支持物理引擎、节点编辑器、视觉效果仿真、渲染和动画等多种功能，拥有广泛的用户群体。
计算机图形学ppt(共49张PPT)
过程动画技术
过程动画的概念
通过定义物体的运动规律或过程，由计算机自动生成动画。
过程动画的实现方法
基于物理模拟、基于过程建模、基于行为建模等。
过程动画的应用场景
自然现象的模拟（如风、雨、雪）、物体的变形和破碎效果等。
基于物理的动画技术
基于物理的动画概念
利用物理引擎模拟现实世界中的物理现象，生成逼真的动画效果 。
表面模型（Surface Model）
用多边形面片逼近三维物体的表面。
实体模型（Solid Model）
定义三维物体的内部和外部，表示物体的实体。
光线追踪（Ray Tracing）
模拟光线在三维场景中的传播，生成真实感图形。
三维图形的变换与裁剪
几何变换（Geometric Trans…
包括平移、旋转、缩放等变换，用于改变三维物体的位置和形状。
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
Screen-Space Methods
利用屏幕空间信息进行半透明 物体的渲染，如屏幕空间环境 光遮蔽（SSAO）和屏幕空间 反射（SSR）。
06
计算机动画技术
Chapter
计算机动画概述
计算机动画的定义
01
通过计算机生成连续的动态图像，实现虚拟场景和角色的动态
表现。
计算机动画的应用领域
02
影视特效、游戏设计、虚拟现实、工业设计等。
知识点归纳 计算机图形学中的图像处理与三维建模
知识点归纳计算机图形学中的图像处理与三维建模知识点归纳-计算机图形学中的图像处理与三维建模计算机图形学是计算机科学的一个重要领域，涉及到图像处理和三维建模等各种技术。
图像处理是指对数字图像进行各种操作和处理的过程，而三维建模则是构建虚拟三维对象的过程。
本文将就计算机图形学中的图像处理与三维建模进行归纳。
一、图像处理图像处理是图形学的重要分支，广泛应用于医学影像、数字媒体、电影特效等领域。
图像处理主要包括以下几个方面的内容：1.图像获取图像获取是指通过各种传感器或设备获取到的现实世界中的图像数据，比如从摄像头获取实时视频数据或从扫描仪中获取扫描图像。
图像获取的质量和方式对后续的图像处理有着重要影响。
2.图像增强图像增强是对采集到的图像进行增强和改进的过程，以使图像更加清晰、鲜艳或易于分析。
常见的图像增强方法包括直方图均衡化、对比度增强、锐化等。
3.图像滤波图像滤波涉及到对图像进行平滑或增强的操作。
常见的滤波器包括线性滤波器（如平均滤波器和高斯滤波器）和非线性滤波器（如中值滤波器和双边滤波器）等。
4.图像变换图像变换是指对图像进行几何变换或颜色变换的操作。
常见的图像变换包括旋转、缩放、镜像、灰度变换和色彩空间转换等。
5.图像分割与特征提取图像分割是将图像分成若干个不同的区域的过程，常见的图像分割方法有阈值分割、边缘检测和区域生长等。
特征提取则是对图像中的感兴趣的目标进行描述和提取，以用于图像识别或分类等任务。
二、三维建模三维建模是计算机图形学中重要的内容，用于构建虚拟的三维对象，如建筑、汽车、人物等。
三维建模主要包括以下几个方面的内容：1.几何建模几何建模是指通过控制点、线和面等基本几何元素来描述三维对象的形状和结构。
常见的几何建模方法有网格模型、贝塞尔曲线和NURBS曲面等。
2.纹理映射纹理映射是将二维图像（纹理）应用到三维对象上的过程，以增加对象的真实感和细节。
常见的纹理映射方法有UV映射、法线贴图和环境贴图等。
计算机图形学中的三维建模技术研究
计算机图形学中的三维建模技术研究计算机图形学是一个应用广泛且前景广阔的领域，尤其在三维建模技术方面，它的发展也日益迅速。
三维建模技术在虚拟现实、游戏开发、动画制作、影视制作、工业设计等多个领域都有重要的应用。
在本文中，我们将探讨一些目前计算机图形学中的三维建模技术的研究进展。
三维建模技术是指通过计算机软件将一个三维对象建立起来的过程。
三维建模技术是计算机图形学的一个重要分支，它能够帮助我们将虚拟世界中的物体可视化、可交互化，拓展了我们的视野。
在三维建模技术中，最基本的是通过三维坐标系来描述物体或场景的位置和形状，然后通过计算机算法将这些坐标系转化成图像显示在屏幕上。
在三维建模中，最常用的建模方法是基于网格的建模方法，其基本思路是将整个空间分成网格，然后在网格的交点处用控制点来描述空间中的物体轮廓，然后通过细分操作来进一步处理和优化空间网格，得到更加准确的模型。
基于网格的建模技术具有速度快、效果好的优点，广泛应用于计算机动画、游戏开发等领域。
而在近年来，基于机器学习的三维建模技术也逐渐成为新的研究热点，其主要思路是通过机器学习算法得到大量真实场景中的三维模型，并通过深度学习技术进行模型优化和变形，使得生成的模型更加真实且符合实际场景。
此外，还有一种比较新的三维建模技术，即基于点云的建模技术。
这种技术可以对真实环境中的点云进行处理，将点云中的信息转化为三维模型，其应用范围主要在于制造业和建筑业。
与此同时，随着现代计算机技术的发展，图形处理单元（GPU）以及GPU计算对于三维建模技术的研究也变得越来越重要。
GPU的并行处理能力非常强大，使得其在三维场景渲染和建模计算领域中占有非常重要的地位。
总结而言，计算机图形学中的三维建模技术在各个领域具有广泛应用，并且随着新的科技和算法的出现，其发展也呈现出越来越快的趋势。
未来的三维建模技术将不断地涌现出新的方法和应用，有望改变人们的生活方式，开创更加美好的未来。
计算机图形学中的三维重建与渲染技术
计算机图形学中的三维重建与渲染技术计算机图形学是现代计算机科学领域的一个重要分支，它研究如何利用计算机来处理和呈现图像和图形。
而在计算机图形学中，三维重建与渲染技术是一项十分关键的技术，它可以让我们在计算机上实现对三维物体的建模、可视化和呈现，是计算机图形学的核心技术之一。
一、三维重建技术三维重建技术是计算机图形学中研究三维模型建立的技术，它主要通过对物体的几何结构、纹理、色彩等特征进行探测、测量、分析和计算，从而重建出三维模型。
三维重建技术主要有以下几种：1.点云重建点云重建是三维重建中的一种常见技术，主要通过采用激光扫描技术等手段，将物体表面上的所有点云数据收集起来，然后利用点云数据预先定义的处理算法将其处理成三维模型。
点云重建技术可以重建出物体的真实几何形态，适用于自然风景模型、雕塑模型等。
2.多视图重建多视图重建是指基于多个视角下的图像，通过计算视点、视角、景深等参数建立三维模型。
多视图重建主要是通过利用相机、扫描仪等设备观察物体，并将获得的多张图像进行分析、处理和重建，最终得到完整、准确的三维模型。
多视图重建技术适用于建立物体表面细节特征丰富的模型。
3.立体视觉重建立体视觉重建技术是指基于人眼的两个视点，将不同的影像信息进行组合和重建，以建立真实、立体感强的三维模型。
立体视觉重建技术主要利用双目相机拍摄物体不同视点下的影像，通过计算两个影像之间的差异从而建立物体的三维模型。
立体视觉重建技术适用于建立真实、逼真的物体模型。
二、渲染技术渲染技术是指将三维模型转化为二维图像的过程，主要是通过光线追踪、阴影处理、纹理映射、透视变换等手段，将三维模型转化为视觉上真实、逼真的二维图像。
渲染技术主要包括下面几个方面：1.光线追踪光线追踪是渲染技术中的一种十分重要的技术，能够以真实方式呈现物体的阴影、反射和折射效果。
光线追踪的原理就是根据物体表面法线方向，从视点向各个方向发射光线，当光线与物体发生交叉时，计算光线的反射、折射、透明等信息，最终生成真实逼真的图像。
计算机图形学基础：三维建模和渲染技术
计算机图形学基础：三维建模和渲染技术三维建模和渲染技术是计算机图形学的重要分支，它们在影视、游戏、设计等领域广泛应用。
本文将从三维建模和渲染技术的基本概念、流程以及常见的应用领域进行阐述。
一、三维建模技术1.1三维建模是指利用计算机软件创建虚拟三维模型的过程。
常见的三维建模软件包括3ds Max、Maya、Blender等。
建模的基本单位是顶点、线段和多边形等基本几何体。
1.2三维建模的流程包括：准备工作、构建基础几何体、细节建模、纹理贴图和调整光照等步骤。
建模的目的是根据设计需求创建逼真的虚拟模型。
1.3常见的三维建模技术包括多边形建模、体素建模、曲面建模等。
每种建模技术都有其适用的场景和优缺点，建模师需要根据具体需求选择合适的建模技术。
二、三维渲染技术2.1三维渲染是指将建模好的三维模型投影到屏幕上并进行光照和材质处理的过程。
常见的三维渲染软件包括V-Ray、Arnold、Unity等。
2.2三维渲染的流程包括：场景设置、材质贴图、光照设置、相机参数调整等步骤。
渲染的目的是呈现出逼真的影像效果，让模型看起来更加真实。
2.3常见的三维渲染技术包括光线追踪、辐射度追踪、光线投射等。
这些技术可以模拟出真实世界的光影效果，提高渲染效果的真实感和逼真度。
三、应用领域3.1三维建模和渲染技术在影视制作中广泛应用，可以制作逼真的角色、场景和特效。
比如《阿凡达》中的潘多拉星球就是利用三维建模和渲染技术制作的。
3.2游戏行业也是三维建模和渲染技术的主要应用领域，通过三维建模可以制作出精美的游戏场景和角色，提升游戏的视觉效果和玩家体验。
3.3除此之外，建筑设计、工业设计、动画制作等领域也都需要用到三维建模和渲染技术。
通过三维建模和渲染，可以提升设计效率和呈现效果，加快设计师的创作过程。
综上所述，三维建模和渲染技术在当今数字时代发挥着重要作用，不仅可以提高设计效率，还可以创造出更加逼真的虚拟世界。
随着技术的不断发展，三维建模和渲染技术将会在更多领域得到应用，并为人们带来更多视觉上的惊喜和乐趣。
计算机图形学课程设计透视投影图三视图
计算机图形学程序课程设计题目：分别在四个视区内显示空间四面体的三视图、透视投影图。
学院：信息科学与技术学院专业：计算机科学与技术姓名：oc学号：oc电话：oc邮箱：oc目录一、设计概述(1)设计题目。
2(2)设计要求。
2(3)设计原理。
2(4)算法设计。
5(5)程序运行结果。
9二、核心算法流程图。
10三、程序源代码。
12四、程序运行结果分析。
24五、设计总结分析。
25六、参考文献。
26一．设计概述•设计题目计算机图形学基础(第二版)陆枫何云峰编著电子工业出版社P228-7.16：利用OpenGL中的多视区，分别在四个视区内显示图7-41所示空间四面体的主视图、俯视图、侧视图、透视投影图。
•设计要求设计内容：1. 掌握主视图、俯视图、侧视图和透视投影变换矩阵；2. 掌握透视投影图、三视图生成原理；功能要求：分别在四个视区内显示P228-图7-41所示空间四面体的主视图、俯视图、侧视图、透视投影图。
•设计原理正投影正投影根据投影面与坐标轴的夹角可分为三视图和正轴测图。
当投影面与某一坐标轴垂直时，得到的投影为三视图，这时投影方向与这个坐标轴的方向一致，否则，得到的投影为正轴测图。
1.主视图（V面投影）将三维物体向XOZ平面作垂直投影，得到主视图。
由投影变换前后三维物体上点到主视图上的点的关系，其变换矩阵为：Tv=Txoz= [1 0 0 0][0 0 0 0][0 0 1 0][0 0 0 1]Tv为主视图的投影变换矩阵。
简称主视图投影变换矩阵。
2.侧视图（W面投影）将三维物体向YOZ平面作垂直投影，得到侧视图。
为使侧视图与主视图在一个平面内，就要使W面绕Z轴正向旋转90°。
同时为了保证侧视图与主视图有一段距离，还要使W面再沿X方向平移一段距离x0，这样即得到侧视图。
变换矩阵为：Tv=Tyoz= [ 0 0 0 0 ][-1 0 0 0 ][ 0 0 1 0 ][-x0 0 0 1]Tv为主视图的投影变换矩阵。
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在实际世界中，只能利用特殊相机做到这一点
透视投影
透视投影的投影中心与投影平面之间的距离为 有限的。投影线（视线）从投影中心（视点） 出发，投影线是不平行的。
透视投影具有透视缩小性，不能真实反映物体 的精确尺寸和形状。
透视图是采用中心投影法，通过空间一点 （投影中心）将三维形体投影到投影面上 所得到的投影图。
投影变换可分为两大类：透视投影和平行投影。 它们的本质区别在于：透视投影的投影中心到 投影面之间的距离是有限的，而平行投影的投 影中心到投影面之间的距离是无限的。
真实感强 常用于工 程制图 图形不缩 小，形状 不变
透视投影的特点： 1、透视缩小：物体离投影中心越远，则物体和所 表现的长度越短。 2、投影线汇聚一点。 平行投影的特点： 不缩小实际尺寸，形状不变，常用于工程制图。
经典视图与计算机视图之间的对比关系表明了 在大多数API中所采用方法的长处， 当然也具有一些不足和困难
经典照相机与合成照相机
经典视图
视图中需要三个基本要素
一个或多个对象 观察者，带有一个投影面 从对象到投影平面的投影变换 观察者捡取一个对象并进行定向，确定希望看到的结果
经典视图就是基于这些要素之间的关系的
透视投影
平行投影
平行投影的投影中心与投影平面之间的距离 为无穷远；投影线之间相互平行；平行线的 平行投影仍是平行线。 按照投影方向与投影平面的交角不同，平行 投影分为两类：正平行投影和斜平行投影。
正平行投影
正平行投影的投影方向垂直于投影平面。
按照投影平面与坐标轴的交角不同，正平行投 影又可分为两类：正投影与正轴测。 当投影平面与某一坐标轴垂直时，得到的投影 为正投影；否则，得到的投影为正轴测。
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0
0
轴测投影
投影线垂直与投影面但投影面不平行于主平面 允许投影面相对于对象移动
轴测投影的示例
根据对立方体进行投影时与几个坐标轴之间夹角 都相等进行分类
没有：正三测 两个：正二测 三个：正等测
正三测
正二测
正等测
优势与不足
直线段长度被缩短(foreshortened)，但可以求出收 缩因子 保持直线但不保角
每个对象都假定是用平面的基本多边形构造出来 的
如：建筑物、多面体、锻造物
平面几何投影
即投影到平面上的标准投影 投影线为直线，这些直线
汇聚于投影中心，或者 彼此平行 但不一定保角
这种投影保持共线性
在诸如地图绘制等应用中需要非平面投 影
经典投影
斜俯视图
基准面principal faces(主平面)
多视点正交投影（三视图）
投影面平行于基准 面（主平面） 通常从前面、顶部 和侧面进行投影 在CAD和建筑行 业中，通常显示出 来三个视点图以及 等角投影图
等角投影图（不 是多视点正交视 图中的一部分）
三视图：正视图、侧视图和俯视图
优势与不足
保持了距离与角度
保持形状 可以用来测量 建筑规划 手册
在诸如建筑业等实际应用中，所观察的 对象通常由许多平坦面构成。 这些面中任一个都可以认为是一个基准 面，从而进行定位
对于规则物体，例如房屋，按照通常的方式 可以定义前、后、左、右、顶、底等面 许多对象上都有几个面相交于直角，从而可 以得到三个正交的方向，称为基准方向
透视投影与平行投影
经典视图 计算机视图 投影矩阵
基本内容
介绍经典视图 比较由计算机形成的图像与建筑师、画 家和工程师绘制的图像 学习每种视图的优势与不足
为什么需要经典视图？
传统由手工操作的制图工作现在可以用计算机 模拟
电影中的动画，建筑图纸，机器零件图纸 这些领域中需要不同的经典视图
等角投影（isometrics)，正视图(elevation)，透视
投影线与投影平面的夹角
投影平面是否平行于主平面
投影
投影的要素包括投影对象、投影中心、投影平 面、投影线和投影。要作投影变换的物体称为 投影对象；在三维空间中，选择一个点，记这 个点为投影中心；不经过这个点再定义一个平 面，记这个平面为投影平面；从投影中心向投 影平面引任意多条射线，记这些射线为投影线； 穿过物体的投影线与投影面相交，在投影面上 形成物体的像，这个像记为三维物体在二维投 影面上的投影。
圆所在平面如果不平行于投影面，它的投影为椭圆
可以见到盒子类对象的三个基准面 会导致某些观察错觉
平行线看起来不平行
不是很真实，因为远的对象与近的对象具有同样 的收缩因子 在CAD应用中经常用到
斜平行投影
投影线与投影面之间的关系任意（不垂直）
优势与不足
可以增加某个角度，以便强调特定面 在平行于投影面的面上的角度保持不变（保 角），但我们仍然可以见到其它侧面
计算机图形学中把所有的投影用同样的 方法处理，用一个流水线体系实现它们 在经典视图中为了绘制不同类型的投影， 发展出来不同的技术 基本区别在于平行投影和透视投影，虽 然从数学上说，平行投影是透视投影的 极限状态
平面几何投影的分类图
平面几何投影的分类图
投影中心与投影平面之间的距离
投影平面与基准坐标轴交点数
视点 投影中心
图像平面
虚平面
（投影平面/视 投影平面与Z轴垂直，在z＝d的位置上。点P(x,y,z) 在投影平面上的投影点为：P’(x’,y’,d)，构造透视 投影的变换矩阵T：
1 0 T 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1/ d 0 0
不能看到对象真正的全局形状，因为许 多面在视点中不可见
（1）正投影
正投影也称为三视图。按照投影平面是否与Y轴、 X轴、Z轴垂直，正投影分为主视图、侧视图和俯 视图三种，此时投影方向分别与这个坐标轴的方向 一致。
侧视 主视
俯视
主视
侧视
俯视
0 1 0 1 Tz 0 0 a t x b t y 0 0 0 1 Tc 0 1 a t z b t y 0 0 Tf 1 a t z 1 0 0 b tx