+[{"title":"计算机图形学——第2章：图形系统","path":"/2025/03/22/计算机图形学——第2章：图形系统/","content":"计算机图形学：第2章 图形系统使用计算机进行图形处理时，需要有一个由硬件和软件组成的计算机图形系统，也就是我们所说的支撑环境。本章主要讨论计算机图形系统完成图形显示任务的原理和方式，并且对图形系统所涉及的主要软件和硬件进行必要的介绍。最后对图形流水线进行介绍和分析。 2.1 图形系统概述 2.1.1 图形硬件图形显示设备用于观察，修改图形，它是人机交互式处理图形的有力工具。 图形绘制设备是用于输出图形到介质的设备。可分为光栅点阵型（打印机）和随机矢量型（笔试绘图仪）。 2.1.2 图形软件广义上的图形程序。可分为图形应用软件、图形支撑软件和图形应用数据结构3部分。 若以Pascal语言之父提出的公式“程序=算法+数据结构”来类比，则有 图形程序=图形算法+图形应用数据结构 2.2 图形硬件2.2.1 图形显示设备 阴极射线管 液晶显示器 2.2.2 图形显示方式 随机扫描显示 光栅扫描显示 2.2.3 光栅扫描显示系统在此系统中，电子束横向扫描屏幕，从左到右，从上到下，一次一行顺次进行。当电子束横向沿每一行移动时，电子束的强度不断变化来建立亮点的图案，构成图像并显示在屏幕上。 光栅扫描显示系统的组成3部分： 显示器、视频控制器和帧缓冲存储器。其中，显示器屏幕图形是依靠帧缓冲进行刷新的，而视频控制器是负责刷新的部件。目前常见的光栅显示器主要有彩色阴极射线管与液晶显示器两种。 光栅扫描显示系统的结构 2.2.4 显卡和图形处理器 显卡显卡(Video Card, Graphics Card)又称显示接口卡，也称显示适配器。它是主机与显卡之间的桥梁，控制计算机图形输出，负责将CPU送来的图像数据处理成显示器接受的格式，再送到显示器形成图像。显卡各部分组成及其与周边设备的关系如图所示： 2.3 图形软件2.4 图形流水线2.4.1 图形流水线三阶段 应用程序阶段一般将数据以图元的形式提供给图形硬件，如用来描述三维几何模型的点、线或多边形。同时也提供用于表面纹理映射的图像或位图。 几何处理阶段是以每个顶点为基础对几何图元进行处理，并从三维坐标变换到二维屏幕坐标的过程。该阶段在GPU上进行。目标是确定哪些几何图像可以在屏幕上显示，并把颜色值赋给这些对象的顶点。可以进一步划分为顶点变换、投影、裁剪、顶点着色等阶段。 光栅阶段，屏幕对象首先被传送到像素处理器进行光栅化，并对每个像素进行着色，然后输出到显示器。目的就是给像素准确配色，正确绘制整幅图像。此过程称为光栅化或扫描转换。 2.4.2 图形流水线关键步骤"},{"title":"计算机图形学——第1章：绪论","path":"/2025/03/22/计算机图形学——第1章：绪论/","content":"计算机图形学：第1章 绪论 “图形是人类与计算机对话的窗口，而计算机图形学则是打开这扇窗的钥匙。” 计算机图形学（Computer Graphics）是一门研究如何利用计算机生成、处理和显示图形的学科。它不仅是计算机科学的重要分支，还融合了数学、物理学和艺术的精髓。从最初的简单线框图到如今的实时光线追踪，计算机图形学已经深刻改变了我们的生活方式。 本章将带你走进计算机图形学的世界，探索其定义、内涵以及发展历程。我们将从 4W 问题（What, Why, Where, When）入手，逐步揭开图形学的神秘面纱。 1.1 计算机图形学的定义与内涵在学习计算机图形学之前，我们需要明确它的定义和研究对象。简单来说，计算机图形学是一门研究如何通过计算机生成和处理图形的学科。它不仅关注图像的生成，还涉及如何让这些图像更逼真、更高效地呈现。 定义计算机图形学的核心在于 “形” 和 “光”： 形：指几何形状的建模与表示，例如如何用数学方法描述一个三维物体。 光：指光照效果的模拟，例如如何通过算法计算光线与物体的交互。 内涵计算机图形学的研究内容可以从以下几个方面展开： 建模：如何用数学方法描述三维物体？ 渲染：如何将三维模型转化为二维图像？ 动画：如何让静态物体动起来？ 交互：如何实现用户与图形的实时互动？ 通过这些研究，计算机图形学能够将抽象的数学模型转化为直观的视觉效果，为用户提供沉浸式的体验。 1.2 图形及其与图像的区别在学习图形学时，我们常常会遇到“图形”和“图像”这两个概念。它们看似相似，但实际上有着本质的区别。 1. 图形我们生活在一个充满图形的现实世界中。无论是自然界的花草树木，还是人造的建筑车辆，这些物体都可以被抽象为 “形”。在计算机图形学中，图形是指通过数学模型描述的几何形状，例如点、线、面等。 特点：图形是 矢量化的，可以无损缩放。 应用：CAD 设计、游戏建模。 2. 图像图像则是对现实世界的采样结果，通常以像素的形式存储。无论是照片、视频还是屏幕上的显示内容，图像都是由像素点组成的。 特点：图像是 光栅化的，缩放可能会失真。 应用：数字摄影、图像处理。 3. 图形与图像的关系 从“形”到“图”：通过渲染技术，图形可以转化为图像。例如，一个三维模型经过光照计算后，生成一张二维图片。 从“图”到“形”：通过逆向工程，图像可以重建为图形。例如，通过图像识别技术提取物体的轮廓。 4. 图形与图像的关系以下表格从多个维度对比 图形 和 图像 的特点： 维度 图形 图像 定义 通过数学模型描述的几何形状，通常以矢量形式存储（如点、线、面）。 对现实世界的采样结果，以像素（光栅化）形式存储（如照片）。 存储方式 以数学公式或向量数据存储（如 SVG 文件），文件体积小。 以像素网格存储（如 PNG、JPEG 文件），文件体积较大。 缩放效果 支持无损缩放，放大后不会失真。 缩放可能导致失真，放大后会出现像素化（锯齿）。 生成方式 通过算法生成，通常由建模和渲染技术创建。 通过设备采样（如相机拍摄）或渲染图形后生成。 编辑方式 直接修改几何属性（如调整坐标、形状），编辑灵活。 通过图像处理软件（如 Photoshop）编辑像素，修改复杂。 应用场景 CAD 设计、游戏 3D 模型、矢量插图等需要精确建模的领域。 数字摄影、视频帧、网页图片等视觉呈现场景。 与计算机图形学的关系 核心研究对象，关注生成和操作几何形状。 图形的渲染结果，通过渲染技术由图形转化而来。 转化关系 可通过渲染技术（如光栅化）转化为图像。 可通过逆向工程（如图像识别）提取图形信息。 5. 小结 图形 更注重数学描述和可编辑性，是计算机图形学的起点。 图像 更注重视觉呈现和直观性，是图形的最终输出形式。 1.3 计算机图形学的 4W 问题为了更全面地理解计算机图形学，我们可以从以下 4W 问题入手： What（是什么）计算机图形学是一门研究如何生成和处理图形的学科，核心在于“形”与“光”的结合。 Why（为什么学）图形学不仅是技术，更是艺术与科学的结合。它推动了游戏、电影、虚拟现实等行业的发展，为人类提供了更直观的表达方式。 Where（应用在哪里）计算机图形学的应用无处不在： 娱乐：电影特效（如《阿凡达》）、游戏渲染（如《赛博朋克2077》）。 科学：医学成像、气象模拟。 工业：建筑设计、汽车建模。 When（什么时候学）学习计算机图形学需要一定的数学基础（如线性代数、微积分）和编程能力（如 C++ 或 Python）。建议在掌握这些基础后开始学习。 1.4 本章小结本章作为计算机图形学的开篇，介绍了其定义、内涵以及图形与图像的区别。通过 4W 问题，我们初步了解了图形学的核心内容和应用场景。下一章，我们将深入探讨图形学的基础数学工具，为后续学习打下坚实基础。 “图形学的魅力在于，它不仅让我们看到世界，还让我们创造世界。”","tags":["计算机图形学","基础知识","绪论"]},{"title":"Hello World","path":"/2025/03/20/hello-world/","content":"Welcome to Hexo! This is your very first post. Check documentation for more info. If you get any problems when using Hexo, you can find the answer in troubleshooting or you can ask me on GitHub. Quick StartCreate a new post1$ hexo new "My New Post" More info: Writing Run server1$ hexo server More info: Server Generate static files1$ hexo generate More info: Generating Deploy to remote sites1$ hexo deploy More info: Deployment"}]
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