计算机图形学基础：探索颜色视觉与图像模型

"计算机图形学基础：第二讲 图形学中的一些重要概念" 计算机图形学是研究如何用计算机生成和处理图像的学科，它涉及到多个关键概念。本讲主要讲解了颜色视觉、图像与像素、三角网格模型、光照模型与明暗处理以及视点变换和视点方向。 首先，颜色视觉是人类对不同波长光能感知的表现。颜色是由不同波长的电磁波混合形成的，人眼能看到的光波范围在380纳米到760纳米之间。光的谱分布描述了光在各个可见波长的强度分布，颜色也可以通过谱分布函数来描述，但这种表示方式并不唯一，因为不同的谱分布可能对应相同的颜色，即异谱同色现象。 RGB颜色空间是计算机图形学中最常用的色彩表示方法。它基于人类视觉的三刺激理论，利用红、绿、蓝三种基色的线性组合来表示所有颜色。每个颜色通道的值可以被规范化为0到1之间的浮点数，或者在8位存储时使用0到255的整数。选择RGB是因为人眼的视网膜对红、绿、蓝三种颜色的光最敏感。然而，RGB颜色空间不能完全覆盖所有可见颜色，有些颜色无法通过R、G、B的正线性组合表示。 除了RGB，还有其他颜色空间，如CMY颜色空间，它是减色系统，常用于印刷业。CMY包括青、品红和黄，这三种颜色是RGB的补色。在CMY系统中，纯色叠加会形成白色，而全强度的CMY混合在一起则为黑色。此外，还有HSV（色相、饱和度、亮度）和CIEXYZ等颜色空间，它们各有特点，适用于不同的应用场景。 图像和像素是图形学的基础。图像由无数个小的点组成，这些点就是像素，每个像素都有特定的RGB值，组合起来就构成了我们看到的图像。像素的位置和颜色值共同决定了图像的细节和质量。 三角网格模型在3D图形中广泛应用，通过将表面分割成多个三角形来近似复杂的几何形状。这种模型简化了计算，同时能够有效地表示和渲染复杂的形状。 光照模型和明暗处理是创建逼真图像的关键。它们描述了光线如何与物体表面交互，影响物体的亮度和阴影效果。常见的光照模型包括Lambertian模型、Phong反射模型等，通过这些模型可以模拟出光源对物体的直接影响和间接影响，实现从简单的平滑阴影到复杂的环境光遮蔽。 视点变换和视点方向则关乎观察者在三维空间中的位置和朝向。通过改变视点，我们可以从不同角度观察场景，创造出深度感和空间感。视点变换通常包括坐标变换、投影变换和裁剪等步骤，以将3D世界映射到2D屏幕上。 计算机图形学的基础涵盖了颜色视觉、图像表示、几何建模、光照处理以及视点变换等多个方面，这些概念构成了构建和理解数字图像的基础。深入理解这些知识点对于从事图形学相关的开发和设计工作至关重要。