计算机图形学课件2

计算机图形学是研究如何在计算机中表示、处理和显示图形信息的一门学科。GWU计算机图形学课件2详细探讨了这一领域中的像素级处理技术，其中包括扫描转换（光栅化）、像素填充、扫描线填充算法以及着色技术等内容。 扫描转换或光栅化过程涉及将多边形转换为像素集合的过程。在图形学中，像素是位于整数坐标(x,y)的点，将多边形的边界转换为像素表示时，就需要处理如何将实数坐标转换为整数值的问题。常见的做法包括向上取整、向下取整，以确保转换的一致性，并避免重叠。例如，在扫描线的开始处向上取整，而在扫描线结束处向下取整。 扫描转换过程还涉及到如何确定与扫描线相交的多边形边缘，并找出扫描线上跨度的起始点和结束点。为此，利用扫描线和像素之间的连贯性来线性插值计算，包括在扫描线之间以及在像素之间的插值。插值技术常用于计算z-buffer的z值、Gouraud着色的颜色值以及Phong着色的法线值。 扫描线多边形填充算法确定边缘与扫描线的交点，并使用奇偶规则来确定内部跨度。这种方法适用于没有凹多边形的情况。在顶点处可能遇到问题，比如在特殊结束处理假设下，扫描线与边缘的交点数发生变化时，可能会导致填充问题。 在处理顶点与扫描线相交的问题时，一个有效的解决策略是缩短边缘，特别是较低的边缘（ymin被计数，而ymax不被计数）。对于特殊情况的水平边缘，如果不进行特殊处理，底部的水平边缘会被绘制，而顶部的水平边缘则不会。 为了加速计算，计算机图形学利用图像中某一部分与另一部分的相似性来提高效率，这就是连贯性原理。在图形学中，相邻扫描线与边缘的x截距之间的差异是一个常数。如果我们知道一条扫描线的x截距，我们可以通过简单的加法操作获得下一条扫描线的x截距。边缘相对于像素坐标系的斜率，以及相邻扫描线之间y值差值的计算也是图形学中常用的概念。 着色部分讨论了像素级处理中如何为每个像素确定着色和光照模型的强度。具体到像素级别的着色过程包括隐藏表面去除和光照模型的确定。隐藏表面去除技术用于去除被其他对象遮挡的表面，而光照模型则是用来模拟光源对物体表面的照明效果，确定每个像素的颜色和亮度。 在实际应用中，常见的像素着色技术包括Gouraud着色和Phong着色模型。Gouraud着色通过插值顶点颜色来为多边形的每个像素计算颜色值，而Phong着色则是通过插值表面法线来模拟镜面高光，提供更加精确的光照效果。 总结来说，GWU计算机图形学课件2中涵盖了多边形扫描转换、多边形填充、扫描线算法、像素着色等多个计算机图形学的关键领域。这些内容不仅构建了计算机图形学的基础理论框架，也为实际的计算机图形处理提供了算法实现的基础。通过这些技术，计算机能够将复杂的3D场景渲染成二维图像，并赋予其逼真的视觉效果。