计算机图形学 第一章 图形系统和模型

图形系统的基本构成



相关名词解释

（1）像素：图像的基本的单元

（2）光栅：像素的阵列（矩阵）

（3）帧缓冲区：存储屏幕上的像素信息

（4）分辨率：帧缓冲区像素的个数

（5）颜色深度：每个像素的二进制位数

（6）真彩色：24位，224中颜色，也为RGB-颜色，每个像素北赋予红、绿、蓝三基色组（各八位）

（7）光栅化：几何实体转化为像素颜色和位置的过程

（8）图像处理单元（GPU）：

合成图像

模拟照相机和人类的视觉系统得到的图像。

要素：

（1）物体/对象

（2）观察者

（3）光源

注意：

（1）对象、观察者和光源都是完全独立。

（2）可见光为电磁波的一部分，也就是人类视觉系统对它有反应的那部分。波长大约在350-780nm，波长大大对应于红色，短的对应于蓝色。

灰度图像

（1）亮度图像

（2）黑白颜色

彩色图像

可以显示出色调、饱和度和亮度

虚拟（合成）照相机模型

剪裁：真正的照相机不能“看到”真个世界，图形学中虚拟照相机也只能看到世界的一部分。

当前主流图像处理系统处理方法

（1）按照应用程序定义对象的先后顺序，依次处理每个对象

（2）只能考虑局部光照

（3）流水线体系

（4）所有步骤都可以通过显示卡的硬件实现

流水线结构

流水线：

如果处理对象能分到m个流水线上处理，那么速度能提升m倍（并行化）。流水线速度由最慢的操作决定。

图形绘制流水线



（1）顶点处理

流水线中大部分工作是把对象在一个坐标系中表示转化为另一个坐标系中的表示。

-世界坐标系

-照相机坐标系

-屏幕坐标系

坐标系的每次转化相当于一次矩阵相乘

顶点处理器也计算顶点的颜色

投影

把三维观察者的位置和三维对象结合在一起，确定二维图形的构成。

透视投影：所有投影线交于投影中心

平行投影：投影线平行，投影中心在无穷远。

光栅化

如果一个对象不被裁剪，那么帧缓冲区中相对应的像素就必须赋予颜色。

光栅化程序为每个对象生成一组片段。

片段是“潜在的像素”

在帧缓冲区中有一个位置

具有颜色和深度

光栅化程序在对象上对顶点属性进行插值

片元处理

对片段进行处理，以确定帧缓冲区中相应像素的颜色。

颜色可以由纹理映射确定，也可以有顶点颜色插值得到。

片段可能被离照相机更近的其他片段挡住，（隐藏面消除）