计算机图形学基础：第二讲 图形学中的一些重要概念.pdf

计算机图形学是信息技术领域的一个重要分支，它涉及如何使用计算机生成和处理图像。本讲主要介绍了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的基础。颜色是由不同波长的电磁波能量感知而来的，人眼能够感知的范围在380nm到760nm之间，称为可见光。光的谱分布描述了光在各波长的强度分布，而颜色的谱分布则对应了颜色的这种分布。RGB颜色空间是最常见的颜色表示方式，它基于红、绿、蓝三原色的线性组合，广泛应用于计算机图形学。RGB颜色空间允许通过三个通道（r、g、b）的数值来表示颜色，通常在计算机中使用8位整数存储，取值范围为0到255。然而，不是所有颜色都能通过RGB正线性组合得到，为此，还有其他颜色空间如CMY、HSV和CIE XYZ被开发出来，以满足不同需求。 CMY颜色空间是减色系统，由青、品红和黄三原色构成，常用于印刷业。HSV颜色空间（色调、饱和度、亮度）则提供了一种更直观的颜色选择方式，适合艺术创作和图像处理。CIE XYZ颜色空间则是一个能表示所有可感知颜色的色彩模型，与人类视觉感知更为接近，常用于颜色科学的研究。 图像在计算机中是通过像素来表示的，像素是图像的最小单位，每个像素都有对应的色彩值。在处理图像时，无论是彩色还是灰度图像，都需要考虑像素的排列和色彩信息。图形学的基本任务是将三维场景转化为二维图像，这涉及到复杂的几何建模和光照计算。对于复杂模型，通常使用三角网格模型来简化表示，这种模型由多个三角形面片组合而成，可以精确地描绘出物体的形状。 视点变换和视点方向在图形学中至关重要，它们决定了观察者如何看到三维场景，并影响最终生成的二维图像。通过改变视点位置和方向，可以模拟不同的观察效果，如透视、深度和阴影。 光照模型是描述物体表面如何反射光的理论，包括了光源、材质属性和环境因素，明暗处理则是为了模拟真实世界中的光影效果，如高光、阴影和反射。这些概念和算法共同构成了计算机生成图像的核心，使得数字艺术和可视化技术得以发展和应用。