计算机图形学论文-计算机图形学

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1、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。木文介绍了计算机图形学中的儿个研究重点，包括消隐技术、真实感图形显示技术和复杂曲线曲而造型技术，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引言计算机图形学(ComputerGraphics)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屮表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理

2、与算法。图形通常由点、线、面、体等儿何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上來看,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儿何表示，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

3、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2.1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，习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

4、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rfii°2.2消隐的分类2.2.1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。2.2.2按消隐空间分类1）物体空间的消隐算法（光线投射人将场景屮每一个面与其他每个面比较，求岀所有点、边、面遮挡关系。2）图像空间的消隐算法

5、：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（画家算法人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。2.3消隐算法的实现2.3.1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，

6、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是观察点。物体空间法消隐包括两个基本步骤，即三维坐标变换和选取适当的隐藏面判断算法。选择合适的观察坐标系不但可以更好地描述物体，而且可以大大简化和降低消隐算法的运算。因此，利用物体空间法进行消隐的第一步往往是将物体所处的坐标系转换为适当的观察坐标系。这需要对物体进行三维旋转和平移变换。常用的物体空间消隐算法包括平面公式法、径向预排序法、径向排序法、隔离平面法、深度排序法、光线投射法和区域子分法。其中前三种算法最常用，它们的基础都是背面消隐原理。所谓背而消隐原理，

7、即是相对观察点來说朝向后面的物体表面是不可见的，应被隐藏。下面只对平面公式法作详细介绍，其他方法可参看有关文献。根据解析几何原理，通过标准的平面方程可以判断给定点是在平面的正面还是背面。平面公式法利用此原理来判断观察点位于物体表面的哪一面，如位于背面一侧，则表面不可见,应被消隐；反之则可见。对物体的任意表面，可将其划分为若干个平面，在根据平面上任意三点的坐标可以求得其平面方程。标准的平面方程为：Ax+By+Cz+D二0；其中A、B、C、D为决定平面的常数。当把一个平面想彖成一个凸型多面体吋，设观察点坐标为（x,y,z）,如果：

8、①Ax+By+Cz+D二0,则观察点（x,y,z）是该平面表面上的一个点；②Ax+By+Cz+D>0,则观察点（x,y,z）在凸型多面体内部（称该表面是不可见的或隐藏的）；③Ax+By+Cz+D<0,则观察点（x,y,z）在凸型多面体外表面（称该表面是可见的），应被画出。通过