文档介绍：计算机图形学概论
摘要:计算机图形学是一门研究计算机图形原理、方法和技术的学科。本文介绍了计算机图形学中的几个研究重点,包括消隐技术、真实感图形显示技术和复杂曲线曲面造型技术,叙述了其中涉及到的消隐算法的实现、光照模型和Bezier曲线的有关知识。
关键词:计算机图形学;消隐技术;真实感图形;曲线曲面;
1 引言
puter Graphics)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上来看,图形主要分为两类,一类是基于线条信息表示的,如工程图、等高线地图、曲面的线框图等,另一类是明暗图,也就是通常所说的真实感图形。计算机图形学一个主要目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。为此,必须建立图形所描述场景的几何表示,再用某种光照模型,计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。同时,真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的,计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。计算机图形学的研究内容非常广泛,如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制,以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。
2 消隐技术
消隐算法的提出
真实感图形绘制过程中,由于投影变换失去了深度信息,往往导致图形的二义性(如图1所示)。要消除这类二义性,就必须在绘制时消除被遮挡的不可见的线或面****惯上称之为消除隐藏线和隐藏面,或简称为消隐,经过消隐得到的投影图称为物体的真实图形。
消隐处理是计算机绘图中一个引人注目的问题,目前已提出多种算法,基本上可以分为两大类: 即物体空间方法和图象空间方法。物体空间方法是通过比较物体和物体的相对关系来决定可见与不可见的; 而图象空间方法则是根据在图象象素点上各投影点之间的关系来确定可见与否的。用这两类方法就可以消除凸型模型、凹形模型和多个模型同时存在时的隐藏面。
消隐的分类
按消隐对象分类
1)线消隐:消隐对象是物体上的边,消除的是物体上不可见的边。
2)面消隐:消隐对象是物体上的面,消除的是物体上不可见的面。
按消隐空间分类
物体空间的消隐算法(光线投射):将场景中每一个面与其他每个面比较,求出所有点、边、面遮挡关系。
图像空间的消隐算法:对屏幕上每个象素进行判断,决定哪个多边形在该象素可见。
3)物体空间和图像空间的消隐算法(画家算法):在物体空间中预先计算面的可见性优先级,再在图像空间中生成消隐图。
消隐算法的实现
物体空间的消隐算法
物体空间法是在三维坐标系中,通过分析物体模型间的几何关系,如物体的几何位置、与观察点的相对位置等,来进行隐藏面判断的消隐算法。世界坐标系是描述物体的原始坐标系,物体的世界坐标描述了物体的基本形状。为了更好地观察和描述物体,经常需要对其世界坐标进行平移和旋转,而得到物体的观察坐标。物体的观察坐标能得到描述物体的更好视角,所以物体空间法通常都是在观察坐标系中进行的。观察坐标系的原点一般即