计算机图形学是信息技术领域的一个重要分支,它专注于研究如何在计算机上生成、处理和显示逼真的图像和视觉效果,以满足各种应用需求,如设计、动画、游戏开发等。课程的核心知识点包括以下几个方面:
1. **自由度(DOF)**:自由度在计算机图形学中指关节体在三维空间中的独立运动能力。例如,一个无约束的刚体有六个自由度,即三个平移和三个旋转。关节体的自由度决定了其在空间中的复杂运动,这对于模拟机器人、动画和虚拟现实至关重要。
2. **末端效应器(End Effector)**:在工业机械中,特别是开链结构中,末端效应器是指结构的最前端,它执行特定任务的部分。在图形学中,这个概念被扩展用于描述渲染或交互中图形对象的可操作部分。
3. **状态向量(state vector)**:这是在描述关节体在图形学中的状态时所使用的参数集合,包含了位置、方向以及关节旋转的参数。通过状态向量,可以精确控制图形对象的行为。
4. **图形系统框架**:学习计算机图形学需要理解图形系统的整体架构,包括硬件设备(如GPU、显示器)和软件技术(图形库、渲染引擎),以及它们之间的交互。
5. **教学要求**:学生应掌握图形学的基本概念、算法和方法,了解图形学的历史和发展,熟悉相关应用及研究热点,并具备一定的编程实践能力。
6. **教材与参考书**:课程推荐的教材如《计算机图形学》(倪明田等著)和《计算机图形学》(孙家广著)提供了深入的理论基础,同时还有国际经典的图形学教材供学生参考。
7. **研究内容**:计算机图形学的研究内容涵盖了图形的定义、构成要素(几何和非几何)、表示方法(点阵和参数表示)、输入、处理(如变换、着色和形变)、以及输出等多个环节。这些内容相互关联,共同构建起图形生成和显示的完整流程。
8. **应用举例**:图形学的应用广泛,如建筑设计中的可视化、影视制作中的特效、游戏开发中的场景渲染、以及交互式设计中的用户界面等。
计算机图形学是一门涵盖理论与实践的学科,通过理解自由度、末端效应器和状态向量等概念,学生能够深入探索图形的生成、处理和输出过程,为数字媒体和计算机技术的发展做出贡献。