计算机图形学学习报告

篇一：计算机图形学学习心得体会

计算机图形学学习心得体会

计算机科学与技术与技术 班

学号：

1.计算机图形学

计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)，狭义上是一种研究基于物理定律、经验方法以及认知原理，使用各种数学算法处理二维或三维图形数据，生成可在计算机等显示设备上显示的可视化数据的科学。它是计算机科学的一个分支领域与应用方向。广义上来看，计算机图形学不仅包含了从三维图形建模、绘制，到生成动画的过程，同时也包含了对二维矢量图形以及图像视频融合处理的研究。

2.研究内容

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。

简单地说，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的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的场景的几何表示，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。所以计算机图形学与另一门学科计算机辅助几何设计有着密切的关系。事实上，图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。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。

具体来说计算机图形学分为两方面内容，一是建模，二是变换，三是渲染。所谓建模，就是将一个现实中的物体或者想象出来的物体做成一个模型，使计算机能够识别。所谓变换，就是将空间中的实体变换到屏幕上。所谓渲染，就是在屏幕上显示出来一些场景。

1、建模

建模方面涉及的内容相对较少，这部分主要是和数学有关。因为计算机的基础就是数学，计算机可识别的模型也即数学模型。

(1) 模型的表示方法

模型表示方法有两种，一种是用方程表示，一种是用实体造型表示。

方程表示主要包括常见的曲线曲面方程，BEZIER曲线曲面，B样条曲线曲面和NURBS曲线曲面。

实体造型表示包括内容挺多，如边界表示，空间划分表示，等等，很多。

总而言之，这一部分的主要任务是以某种形式将一个实体表示出来。

(2) 多边形网格

以某种形式将模型表示出来后，通常在三维图形领域，模型并没有真正的建立起来。通用的模型是多边形网格形式的，于是需要进行转换。

在上一步形成的图形可表示出大量的点，这些点都是实体表面上的点。按照一定的顺序将点连接起来，就得到实体轮廓，即多边形网格。

通常采用三角形网格，为此需要对点进行三角剖分。常采用delaunay三角剖分和随机增量剖分。

(3) 网格简化

形成三角网格后，网格数量如果过多，需要对模型简化，以降低渲染的负荷。在简化的同时还要尽量不降低渲染的效果。通常有静态网格简化技术，细节层次技术，渐进式网格模型表示等。

2、坐标系变换

(1) 观察变换

这一部分是将空间物体从世界坐标系变换到二维视区。因为物体处于三维空间中，然而屏幕是以图片的形式显示的，即视区是二维的，这样就需要这样一个变换。包括如下三个步骤：

观察变换：将实体从世界坐标系变换到观察坐标系。

规范化变换：将观察域规范化

视区变换：完成从观察坐标系到视区的映射。

(2) 裁剪

裁剪是确定图元是否落在某一区域。视区是有限的，在视区外的图元不需要显示在屏幕上。裁剪是在视区变换的过程中执行。

裁剪算法很多，关于直线裁剪，有Cohen-Sutherland算法、Liang-Barsky算法，关于多边形裁剪，有Sutherland-Hodgman算法、Weiler-Atherton算法。

3、渲染

渲染是计算机图形学中最庞大的部分，这部分和计算机、数学、物理等多个学科都有联系。

(1) 光照和明暗处理

这部分研究的是光源发出的光打到实体表面产生的光照效果。于是需要研究如下内容：

光照模型。即光源是什么样的，发出什么样的光。

明暗处理模型。即模型的表面是