计算机图形学 复习整理
2021-06-30 18:32:53 0 举报AI智能生成
期末复习整理——参考书：《交互式计算机图形学》——基于WebGL的自顶向下方法
作者其他创作
大纲/内容
计算机图形学
第六章 光照和着色
局部光照模型
颜色值只取决于
表面的材质属性
表面的局部几何性质
光源的位置和属性
全局模型
光线跟踪
辐射度方法
光线与材质的相互作用可以分为三类
环境光反射
漫反射
镜面反射
光源
环境光
均匀
点光源
向所有方向发射的光线强度都相等
聚光灯
只在一个小的角度范围内发射光线。
远距离光源
光源和表面之间的距离非常大
光照模型
Phong光照模型
考虑了光线与材质之间的三种相互作用：
环境光反射(ambient light)
环境光反射系数
漫反射（diffuse light）
漫反射系数
镜面反射(specular light)
镜面反射系数span class=\"equation-text\" contenteditable=\"false\" data-index=\"0\" data-equation=\
Blinn-Phong光照模型
法向量计算方法
span class=\"equation-text\" contenteditable=\"false\" data-index=\"0\" data-equation=\
半角向量h，h=(l+v)/|l+v|
多边形的着色
1.均匀着色方案
Mach带效应
2.平滑着色方案
取平均值，归一化
3.Phong着色方案
插值，再插值
指定光照参数
• 为了实现光照模型，必须首先指定一组光源和材质参数。
• 对于每一个光源，须指定其颜色、位置或者方向。
• 可以为单个光源指定其颜色的三个分量：漫反射光分量、镜面反射光分量和环境光分量；
• 对于点光源，还需要考虑由于对象表面与光源的距离而引起的光线强度衰减；
• 通过设置聚光灯的方向、圆锥体的角度(或聚光\t灯的遮光角度)、 聚光灯的指数(或衰减绿)，\t可以将点光源转换成聚光灯。
• 如果场景中有光源，可以通过自发光分量来模拟自发光光源。
第七章 离散技术
缓存(buffer)
离散的
空间分辨率和深度分辨率都是有限的
位平面
帧缓存
在图形系统中，用于绘制任务的各种不同类型的缓存
数字图像
图像
图像格式
GIF
TIFF
PNG
PDF
JPEG
离散数据用途：绘制表面
两种表面建模方式
1、增加几何图元表示对象细节
2、对象简单建模（映射）
三种主要的映射方法
纹理映射
图案，纹素
凹凸映射
法向量，扰动
环境映射&反射映射
反射效果
共同点
1、改变了单个片元的明暗值
2、都依赖于数字图像贴图
3、降低了对象表面的几何复杂度
GPGPU
General Purpose Computing on GPU
第八章 从几何到像素
裁剪、光栅化和隐藏面消除
裁剪
视见体
裁剪体一般定义为规范化设备坐标系中的一个立方体，也可称为视见体
光栅化
隐藏面消除
z缓存算法
深度排序和画家算法
图形绘制流水线的基本实现策略
基于图像空间的方法
基于对象空间的方法
绘制几何实体4个主要任务
建模
几何处理
片元处理
线段的裁剪
1）Cohen-Sutherland裁剪算法
概要
2）Liang-Barsky裁剪算法
3）Sutherland-Hodgeman多边形裁剪算法
将线段裁剪视为一个黑盒子，裁剪窗口视为4条无线长的直线相交而成的矩形对象。
包围盒
最小矩形
字符的裁剪
DDA算法
BRESENHAM算法
更正：e-2
多边形光栅化算法
判断多边形内部-外部区域最广泛使用的方法
相交测试
奇偶性测试
内奇
外偶
环绕测试法
可解决奇偶测试对类似于星形多边形出错的问题。
漫水(种子)填充算法
扫描线填充算法
奇偶填充算法
走样
空间域走样
时间域走样
反走样
多重采样
超采样
第十一章曲线和曲面
曲线曲面的三种主要表示
显式表示形式
隐式表示形式
参数表示形式
对于曲线绘制的要求
插值点
型值点
Hermite曲线和曲面
连续性
连接点参数分量相同
参数分量，一阶导数都相同
切线向量成比例
Bezier曲线曲面
公式
Bezier曲线性质:
(1)端点性质
(2)对称性
(3)凸包性
(4)几何不变性
Bezier曲面片
第一章 图形系统和模型
外框
生成、处理和显示
建立、存储、处理
理论、方法和技术
内容
图形硬件
图形软件
图形应用
图形系统6个主要元素
1.输入设备、
2.中央处理单元(CPU)、
3.图形处理单元(GPU)、
4.存储器、
5.帧缓存、
6.输出设备
深度
分辨率
光栅图形
物理成像系统
针孔成像系统
人类视觉系统
几何绘制流水线
顶点处理
裁剪和图元组装
光栅化和片元处理
第二章 图形学编程
Sierpinski镂垫的绘制
绘制模式
坐标系
世界坐标系
顶点坐标(vertex coordinate)
物理设备坐标
屏幕坐标
图元
几何图元
图像(光栅)图元
图形绘制API的7大类函数
WebGL提供的多种类型图元属性（7种）
三角形是WebGL能识别并可填充的唯一的几何实体
属性
图形系统的性能
多边形被正确显示的条件
颜色
颜色的三个要素：
色调
饱和度
亮度
颜色模型
加色模型
减色模型
• RGB颜色模型
• CMY颜色模型
• HSV颜色模型
第三章 交互和动画
变量
Attribute
Uniform
Varying
函数
gl.getUniformLocation（）
缓存
单缓存
双缓存
过程
控制显示内容重绘速度的两种方法
• 使用定时器
• 使用requestAnimFrame
第四章 几何对象和变换
标量、点和向量
• 标量是服从一组规则的对象，例如实数。
• 在三维几何空间中，点是空间中的一个位置。点所具有的唯一性质就是它的空间位置。数学上的点既没有大小，也没有形状。点是最基本的几何对象。
• 向量是任何具有方向和大小的量。
标量场
标量间运算满足封闭性、结合律、交换律和对逆函数的要求，那么这些标量就构成了一个标量场
空间
线性空间(向量空间)
维度
Euclid（欧式）空间
大小或者距离
仿射空间
点对象
1 • P = P
0 • P = 0 (zero vector)
直线的几种表示方法
显式
隐式
参数形式
凸包性
平面的定义
法向量
n = u × v（叉乘）
一个点和两个向量
三个点
标架
Webgl的标架
齐次坐标
向量v=[a1 a2 a3 0]
点P=[b1 b2 b3 1]
（注：不唯一性、规范化）
向内和向外的面
仿射变换
旋转
基于任一定点的旋转变换
旋转矩阵
平移
平移矩阵
缩放
反射变换
剪切变换
剪切矩阵
缩放矩阵
统一表达
变换的级联（复合）
p’= ABCp = A(B(Cp))（注：右边的矩阵是首先被应用的矩阵，变换的顺序是不可交换的）如果对多点进行变换，可以首先计算M=ABC，然后对每个点计算p’Mp。
第五章 观察
观察
• 对象
• 观察者
• 投影线和投影平面
平面几何投影
平行投影
默认视见体的大小为：x=±1，y=±1，z=±1
投影规范化
透视投影
灭点
一点透视
两点透视
三点透视
视见体是一个棱台，及一个截头锥体
定位照相机
lookAt函数
模-视变换
模-视变换是建模变换与观察变换的级联
照相机的初始方向是指向z轴的负方向
其他观察API
飞行模拟器
滚转角(roll)
俯仰角(pitch)
偏航角(yaw)
隐藏面消除算法
需要一个深度缓存来存储必要的深度信息。深度缓存的大小和分辨率与颜色缓存的相同。
对象空间算法
图像空间算法
如z缓存算法
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