计算机图形学知识点_计算机图形学的两个核心问题分别是什么-程序员宅基地

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1 什么是计算机图形学

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。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。虽然通常认为CG是指三维图形的处理,事实上也包括了二维图形及图像的处理。
计算机图形学主要包含四大部分的内容:建模(Modeling)、渲染(Rendering)、动画(Animation)和人机交互

2 坐标系转换

3D图形的展示要经过几个经典的坐标转换,首先从局部到世界坐标系,再从世界坐标系到观察坐标系。

3 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。
模型表示方法有两种,一种是用方程表示(如根据内部api创建图形),一种是用实体造型表示(导入3d模型)。

4 渲染

现在的渲染技术已经能够将各种物体,包括皮肤、树木、花草、水、烟雾、毛发等渲染得非常逼真。一些商业化软件(比如Maya, Blender, Pov Ray等)也提供了强大的真实感渲染功能,在计算机图形学研究论文中作图中要经常用到这些工具来渲染漂亮的展示图或结果图。

5 动画

动画是采用连续播放静止图像的方法产生物体运动的效果。计算机动画借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面,是计算机图形学的研究热点之一。研究方向包括:人体动画,关节动画,运动动画,脚本动画,具有人的意识的虚拟角色的动画系统等。另外,高度物理真实感的动态模拟,包括对各种形变、水、气、云、烟雾、燃烧、爆炸、撕裂、老化等物理现象的真实模拟,也是动画领域的主要问题。这些技术是各类动态仿真应用的核心技术,可以极大地提高虚拟现实系统的沉浸感。计算机动画的应用领域广泛,比如动画片制作,广告、电影特技,训练模拟,物理仿真,游戏等。

6 人机交互

人机交互(Human-Computer Interaction, 简写HCI)是指人与计算机之间以一定的交互方式或交互界面,来完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程。简单来讲,就是人如何通过一定的交互方式告诉计算机来完成他所希望完成的任务。

计算机图形学的顶级会议ACM SIGGRAPH是“ACM Special Interest Group on GRAPHics and Interactive Techniques”的缩写,缩写中只包含了Graphics,而忽略了Interactive Techniques,在长时间没有得到计算机图形学研究的重视。最近,包括在SIGGRAPH会议上,以及人机交互的顶级会议SIGCHI上,陆续出现了许多新兴的人机交互技术及研究论文。大家逐渐重视起来。

在早期(上个世纪60-70年代),只有以键盘输入的字符界面;到了80年代,以WIMP(窗口、图符、菜单、鼠标)为基础的图形用户界面(GUI)逐渐成为当今计算机用户界面的主流。

近年来,以用户为中心的系统设计思想,增进人机交互的自然性,提高人机交互的效率是用户界面的主要研究方向。陆续提出了多通道用户界面的思想,它包括语言、姿势输入、头部跟踪、视觉跟踪、立体显示、三维交互技术、感觉反馈及自然语言界面等。

事实上,人体的表面本身就是人机界面。人体的任何部分(姿势,手势,语言,眼睛,肌肉电波,脑波等)都可以成为人机对话的通道。比如2010年微软出的Kinect就是一种无需任何操纵杆的基于体感的人机界面,用户本身就是控制器。Kinect在微软的Xbox游戏上取得了极大的成功,之后在其他方面也得到了很多的应用。

7 坐标转换

平常WebGL渲染的时候,如果顺过来看的话,坐标转换会经过如下几个过程
局部坐标=>世界坐标=>观察坐标=>裁剪坐标=>标准设备坐标=>屏幕坐标
就是我们平常说的MVP矩阵

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