计算机图形学-第七章讲义

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1、第七章三维观察本章重点讲述内容：三维观察概念三维观察流水线三维观察坐标系投影变换三维裁剪算法在二维图形应用中，观察操作将世界平面上的点变换到输出设备上利用世界坐标系中的窗口和设备上的视口，二维图形软件包将世界坐标系中的物体映射到设备坐标系并用视口的四条边来裁剪三维物体描述必须经过投影到输出设备的观察平面上。此时裁剪边界变成一个体，而非一个面，其形状依赖于选择的投影类型对三维图形应用而言，由于对视图如何产生有更多的选择，因此涉及情况会更多可以从空间中任意位置观察物体：从前面、后面、上面、下面以及从物体内

2、部7.1三维观察概念概述平行投影透视投影深度提示可见线面的标识表面绘制分解图和剖面图三维和立体视图(1)平行投影将物体表面上的点沿平行线投影到显示平台上三维场景中的平行线在投影到二维显示平面中后仍然是平行线应用：工程和建筑设计7.1三维观察概念概述(2)透视投影沿会聚路径将点投影到显示平面上远小近大平行线投影后成会聚线显示场景更加真实7.1三维观察概念概述(3)深度提示：没有深度信息导致线框物体显示二义性。解决方法：根据离观察位置的距离改变物体的亮度模拟物体可视亮度的大气效果7.1三维观察概念概述(4

3、)可见线面的标识突出可见线或以不同的颜色来显示使用虚线来显示不可见线7.1三维观察概念概述(5)表面绘制根据场景中的光线条件及根据指定表面的特性来建立物体表面的亮度，可以获得额外的显示真实性物体表面的性质：透明程度和表面的粗糙、平滑程度7.1三维观察概念概述(6)分解图和剖面图把物体看成多层结构，因此可以存储其内容细节分解图和剖面图可以用来显示其内部结构以及物体各组件的关系7.1三维观察概念概述(7)三维和立体视图使用三维的或者使用立体的视图来显示物体7.1三维观察概念概述7.2三维观察流水线照相机位

4、置：确定观察位置照相机方向：确定相片向上方向按快门：根据镜头大小，裁剪胶片成像：光线从可视表面投影到胶片7.2三维观察流水线WC观察变换建模变换MC投影变换VC视口变换NCDC规范化变换和裁剪PC7.3观察坐标观察平面和观察坐标系的确定观察平面：也叫投影平面观察坐标系用来指定观察者的观察位置及投影平面的参照系笛卡尔直角三维坐标系统两种形式：右手系统：用右手握住z轴，大姆指指向z轴的正方向，其余四个手指从x轴到y轴形成一个弧。（Z值越大，越靠近视点）左手系统：用左手握住z轴，大姆指指向z轴的正方向；其余

5、四个手指从x轴到y轴形成一个弧。（Z值越大，越远离视点）观察平面法向量：观察变换观察变换：将场景中物体的世界坐标描述变换到观察坐标的变换步骤xwywzwxvyvzv平移旋转7.4从世界坐标WC到观察坐标VC的变换M=RZ.RY.RX.TxwywzwxvyvzvxwywzwxvyvzvxwywzwxvyvzvxwywzwxvyvzvxwywzwxvyvzvTRXRYRZ为解决在二维设备上显示三维图形对象的问题，可借鉴照相机的成像过程在拍照时，将镜头对准所选景物，按下快门，景物就被记录在二维的胶片上投影指

6、的就是这种将三维物体转换为二维图形的过程。7.5投影变换投影变换将三维物体投影到二维观察平面上7.5投影变换7.5投影分类投影：把n维坐标空间点变换成小于n维的坐标空间中点的过程例如将空间中的物体投影在二维平面上，点的坐标从三维变成二维投影的三要素投影中心投影平面投影射线7.5投影分类投影分类平行投影：坐标位置沿平行线变换到观察平面上透视投影：物体位置沿收敛于某点的直接变换到观察平面7.5投影分类ABA'B'投影中心在无穷远处ABA'B'投影中心投影线投影面投影平行投影透视投影正平行投影斜平行投影正投

7、影正轴测投影一点透视二点透视三点透视正等轴测投影正二轴测投影正三轴测投影7.5投影分类7.5.1平行投影正投影：投影向量垂直于观察平面斜投影：不垂直7.5.1平行投影正投影正三面投影：三视图(正视图、俯视图、侧视图)，投影平面法向量与三个坐标轴一个平行轴测正投影：显示物体多个侧面的正投影等轴测投影：与每个坐标轴的交点离原点距离相等7.5.1平行投影正三面投影主视图侧视图俯视图yxz前视图投影平面为xy平面投影变换矩阵X'=XY'=YZ'=07.5.1平行投影__正投影__俯视图100001000000

8、0001M=7.5.1平行投影斜投影投影方向与投影平面不垂直的平行投影投影平面一般取坐标平面7.5.1平行投影____斜投影7.5.2透视投影7.5.2透视投影投影中心(也叫投影参考点)COP投影平面(也叫观察平面)投影线(也叫视线)：是从投影中心发出的，是不平行的投影变换矩阵P0：视点；S平面：投影面，屏幕画面点Qw的透视：P0Qw与平面S的交点QwSYXZOP0Z2Z1Qw(Xw,Yw,Zw)Qs(Xs,Ys)XsYsQs7.5.2透视投影透视投影线