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【转载】3D计算机图像学  

2014-09-23 06:23:40|  分类: 转载 |  标签: |举报 |字号 订阅

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【转载】3D计算机图像学 - 数字人 - 数字人的空间
 
第一章  计算机图像学的数学基础
向量长度:
       任意向量都有其长度与其方向的乘积得出。
法向量和叉积:
     光线方向向量与多边形表面法向量之间的夹角越少则从表面发射出来的反射光光强越大。
      
N = v1*v2
      一个多边形的法向量是通过三个多变形定点计算出来的,三个定点定义了两个向量v1和v2,通过取这两个向量的叉积求出次多边形的法向量N。

法向量的点积:
     点积是常用来明暗处理计算(光线的方向向量和表面法向量方向的夹角)
     可见性预测(观察向量和表面法向量之间的夹角)
RAY:
      ray有大小(长度),位置(尾部的位置)和方向。
NOTE:由于第一章将计算机图形学的数学基础,而且学习计算机图像学,数学基础很重要,所以我又找来了一本叫做《3D数学基础   图形与游戏开发》。
        离散数学:研究自然数和整数。
        连续数学:研究实数(微积分)。
        计算机图像学第一准则:近似原则。如果它看上去是对的它就是对的。 向量确实被定义为两个点的减法:b - a 计算a到b的位移向量。
        点乘: a·b=|a||b|cos@
        点乘结果描述了两个向量的相似程度。点乘结果越大,两向量越相近。
        叉乘:叉乘就是求平面的法线。
        矩阵是3D数学的基础,它主要用来描述两个坐标系统间的关系,通过定义一种运算而将一个坐标系中的向量转换到另外一个坐标系中。
        渲染:必须将物体的所有顶点从物体坐标系变换到世界坐标系,接着在从世界坐标系变换到摄像机坐标系。
        针对渲染的三种特殊表达: 顶点缓存,三角带和三角扇。这是三种优化多边形的方法。
        顶点保存的额外信息:
         1,纹理映射(在顶点保存纹理坐标,三角形面的其余各个点的纹理坐标通过双线性插值来计算)。
         2,表面法向量:通过叉乘来计算表面法向量,通过平均面法向量求顶点法向量。
         3,光照值:有时候,顶点仅保存法向量,渲染时动态计算光照值,光照是按顶点法向量逐点计算的。如果使用平均面的方法球顶点法向量,那么某些应该有尖锐边缘的地方会显得过于平滑。
        渲染过程:生产一张图片的计算机图形学过程
1,建立场景.
2,可见性检测(看见就渲染,看不见没必要渲染而浪费时间和内存)。
3,设置物体渲染状态。
4,   几何体的生成和提交(分割多边形为若干足够小的三角形,之后又优化三角形算法)。
5,变化和光照(变化空间,顶点存储信息和光照)。
6,便面剔除与裁剪。(摄像机背面的模型被剔除计算)
7,投影到屏幕空间。
8,光珊化。(插值算法)
9,像素着色。


        帧缓存:用来保存我们正渲染图像的那块内存。
       标准光照方程:Clit=Cspec+Cdif+Camb
      物体外观主要四点要素:
1,物体材质 。
2,表面的方向和朝向(法线)。
3,照射来的各光源性质。
4,观察者的位置。


       雾化雾化效果是3D的比较常见的特性,在游戏中见到的烟雾、爆炸火焰以及白云等效果都是雾化的结果。它的功能就是制造一块指定的区域笼罩在一股烟雾弥漫之中的效果,这样可以保证远景的真实性,而且也减小了3D图形的渲染工作量。  
    
逐多边形着色:flat
逐顶点着色  : gourand
逐像素着色   :phong  

       为什么我们还要删除摄像机看不到或者近处物体后面的物体面?因为,我们知道计算机在生成一张图片时,已经背面剔除和遮挡塌陷,但是这个背面剔除和遮挡塌陷算法消耗时间,这需要可见性检测等等。如果手工删除也节省算法时间,提高渲染速度。


 第二章  三维物体的表示和建模1
             多边形网格表示法

 第三章  三维物体的表示和建模2
      Nurbs

 第四章  表示和绘制
Gourand:求顶点法线(Na=N1+N2+N3+N4+N5+···+Nn),某顶点为特定顶点,其周围多边形的法线平均值为这顶点的法线来计算光强度,使用双线性插值计算多边形的明暗着色。(缺点:边界过于平滑,不太真实。优点:速度快)
Phong: 首先在多边形内部插值顶点法线,并对每一个多边形像素投影到屏幕空间的每一个像素的法线求出,然后将插值的法线用到明暗处理方程中,明暗处理方程被应用到每一个像素的投影上。

第7章  模拟光线——物体相交:局部反射模型(phong)
第8章  映射技术
第9章  全局照明
Witted光线跟踪:计算反射和折射(从眼睛发射ray)
                              包含三个光照信息:反射,折射和光源直接照明

辐射度算法:       计算漫反射的相互作用,伴随着colorbleeding(光源发射ray)。
                              能量的传递。

分布式光线跟踪:每个像素4条光线,对像素、镜头和光源进行分层采样,对反射波束进行重要性采样(需要多计算的地方发射多点光线,如暗部区域),能计算插值,能求模糊反射,半透明。
                              在摄像机的镜头区域上分布光源来产生景深。
                              按时间分布光线产生运动模糊。

二路光线跟踪:         模拟焦散。
                                   通过像玻璃或者水这样的介质反射的光线在漫反射表面形成一种散射类型:焦散


 第12章  光线跟踪策略
点P的光强度:
1,局部分量,直接的漫反射L
2,全局反射光线
3,全局折射光线

随着光源的增加,shadow计算迅速占据了主导地位,因为每一个碰撞点上的主要计算成本是相交性测试的成本(对于n个光源,变成n+2个光束进行相交测试来求shadow)。

 第13章  体绘制(Volume)

 第14章  反走样理论及实践
      反走样是对于处理由于欠采样导致的错误的方法的总称。

 第17章  计算机动画















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