厦大2019年计算机图形学复习

计算机图形学 软件学院 授课人曾鸣老师

整理人： 17级某大闲人 (嘘～～不要乱说)

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PART 1

图形学： 研究利用计算机生成图像的方法
研究内容：

1. 建模(画出3D物体，其中包含了1.生成和2.重建)
2. 渲染(画出图像，使物体看起来真实，或者看起来更卡通等等)
3. 动画(生成移动的对象，画出对象的运动，遵守物理的运动准则)

处理流程

输入设备 -> processor(cpu) -> graphics processor(GPU) -> Frame buffer -> 输出设备

历史发展

主要时间节点
50年代：计算机图形学最早的开端
60年代：线框图形学，display processors
70年代 ：光栅图形学
80年代：工业标准，特殊图形学硬件，真实感图形
90年代：opengl，图形学制作电影，新的硬件特性
00年代：照片级真实感，游戏机，可编程管线

主要人物贡献、主要厂商等

1. Ivan Sutherland：认识到人机交互的重要作用、开发Sketchpad、许多图形学算法由其发明
2. 梁友栋
3. renderman 皮克斯公司 英伟达

应用领域

1. 信息可视化： 数字地球与数字城市（谷歌地球），医疗图形
2. 设计： 虚拟设计，虚拟试穿，cad/cam，计算机艺术
3. 模拟与动画： 虚拟现实，计算机游戏
4. 用户界面（交互）： Kinect

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PART 2

光的属性：不同波长的光对应颜色

[y x 紫外] 紫光380 蓝光450 绿光520 红光650 nm [红外 微波]

成像四要素：

(对象)几何、材质、观察者、光源

材质：

物体表面物质反射光的属性，包含

1. 漫反射
2. 镜面反射
3. 折射

三色理论

加色模型(通过把三原色的值加在一起形成一种颜色)
RGB ：彩色显示器，投影仪，照片正片

减色模型(通过在白光中过滤掉青色，品红色和黄色形成最终的颜色)
CMY：彩色打印，照片负片

人类视觉系统

• 相片底片——视网膜
• Lens —— 晶状体

感光细胞：

1. 视干细胞 —— 亮度 ，没有颜色，夜视
2. 视锥细胞 —— 亮度(较强光)和色彩

• 三种锥状细胞(不同的光谱敏感度)，只有三种刺激值送入大脑
  (相同强度的光感受亮度不同。绿光敏感，红光和蓝光最不敏感)

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针孔成像系统

1. 视域或视角：胶片上能成完整像的最大物体所张开的角度
2. 无穷景深：不论远近都会清晰成像

缺点：

• 针孔太小：单条光线（用透镜代替小孔）
• 视角不能调节：用焦距可调的透镜，或者胶片与小孔的距离可调节

基于针孔相机模型的虚拟相机（图形绘制管线）

1. 基于针孔成像模型
2. 局部光照明模型
3. 高效/易于并行

要素：

1. 投影线：对象上一点到透镜中心的连线
2. 投影中心(COP)：透镜中心
3. 投影平面：移至透镜前虚拟成像平面

优点：

1. 把对象，观察者和光源区分开来
2. 可以得到简单的软件api（主流api，如opengl是基于该模型）
3. 可以得到快速的硬件实现

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未完待续...