计算机图形学第八章：投影与三维显示

"《计算机图形学》第八章教学课件主要涵盖了三维图形的基本问题、平面几何投影、观察坐标系中的投影变换、三维图形的显示流程图以及三维裁剪等内容。" 计算机图形学是一门深入研究如何在计算机系统中创建、处理和显示图形的学科。在第八章中，主要探讨了几个核心概念： 1. **三维图形的基本问题**：在二维屏幕上显示三维物体是一个关键挑战。由于我们的显示器和绘图纸都是二维的，因此需要通过投影技术将三维物体转换到二维平面上。此外，如何有效地表示和输入三维形体也是重要的问题，这包括使用空间直线段、折线、曲线段、多边形和曲面片来描述三维物体。同时，处理三维形体的输入、运算和有效性验证是复杂且具有挑战性的。 2. **平面几何投影**：这是解决显示三维物体的关键方法。平面几何投影将三维物体投影到二维平面上，常见的有正投影、斜投影和轴测投影等。这些投影方式可以帮助我们理解物体在二维空间中的形状和尺寸。 3. **观察坐标系中的投影变换**：在计算机图形学中，投影变换通常涉及将物体从世界坐标系转换到视口坐标系，再到屏幕坐标系的过程。这一过程涉及到多个坐标变换，包括模型变换、视图变换和投影变换，以便正确地在屏幕上定位和缩放物体。 4. **三维图形的显示流程图**：这一部分可能涵盖了图形渲染管线，这是一个复杂的步骤序列，包括物体的几何定义、坐标变换、裁剪、光照计算和颜色混合等，最终生成在屏幕上可见的图像。 5. **三维裁剪**：在将三维物体投射到二维屏幕前，需要进行裁剪操作，确保只显示在视窗内的部分，去除被视体外的部分，这是保证图形正确显示的关键步骤。 6. **反映遮挡关系**：遮挡关系是三维场景中物体间相互覆盖的现象，对于真实感图形至关重要。消除隐藏面和隐藏线是实现这一效果的方法，这通常通过深度缓冲技术或其他算法来完成。 7. **真实感图形的生成**：真实感图形旨在模拟现实世界的视觉效果，包括透视关系、遮挡关系和光线传播对物体颜色的影响。为此，需要建立光照明模型，并运用各种图形绘制技术来模拟光的反射、折射和阴影，以增加图像的逼真度。 这些知识点构成了计算机图形学的基础，对于理解和创建复杂的3D应用，如游戏、动画、虚拟现实和工程设计等领域至关重要。通过深入学习这些内容，学生能够掌握创建和渲染三维图形的核心技术。