计算机图形学基础：第二讲 图形学中的一些重要概念

计算机图形学是信息技术领域的一个重要分支，主要研究如何利用计算机生成和处理图形。在第二讲中，我们将深入探讨图形学中的一些核心概念，包括颜色视觉、图像和像素、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。 颜色视觉是理解图像显示和处理的基础。颜色是我们对不同波长的光的感知，人眼能够识别的光的波长范围在380nm到760nm之间。光的谱分布描述了光在各个可见波长的强度分布，不同的光谱分布可能对应相同颜色的现象称为异谱同色。RGB颜色空间是最常见的颜色表示方式，使用红、绿、蓝三种基本颜色的线性组合来表示所有颜色。RGB模型基于人类视觉的三刺激理论，因为人眼的视网膜有三种对红、绿、蓝敏感的锥状细胞。然而，RGB颜色空间无法表示所有可见光，存在部分颜色无法通过红、绿、蓝的正线性组合得到的问题。 除了RGB，还有其他颜色空间，如CMY（青、品红、黄）是减色系统，常用于印刷；HSV（色调、饱和度、亮度）提供了一种更直观的颜色描述方式，适用于艺术和图像处理；CIE XYZ颜色空间则能表示所有可感知的颜色，与人类感知系统紧密相关，更多地用于颜色科学的研究。 图像可以被视为二维离散函数，由像素组成。每个像素存储了特定位置的颜色信息，可以是RGB或RGBA（包含透明度）。在计算机图形学中，图形的基本目标是从三维场景生成二维图像，这涉及对场景的表示，如简单的几何形状可以用参数描述，复杂模型则通常使用三角网格模型来表达。三角网格模型通过连接点（顶点）形成多边形，便于计算和渲染。 视点变换和视点方向是图形渲染的关键，它们决定了观察者看到的视角和图像的投影方式。通过调整视点位置和方向，可以模拟不同的观察效果，如透视、深度和阴影。光照模型则描述了光线如何与物体表面相互作用，影响着物体的明暗和颜色表现。明暗处理涉及高光、阴影、漫反射和镜面反射等效果，这些都直接影响图像的视觉真实感。 计算机图形学中这些重要概念构成了图形生成、处理和显示的基石，是理解游戏开发、图像处理、虚拟现实等领域技术的基础。掌握这些知识，有助于我们更好地理解和创造数字世界中的视觉体验。