计算机图形学#0 – 基本概念

收集一下学习过程中出现的各种基础概念,在后续的学习中可能会有补充。

基本图形单元

基本图形单元根据物体所在维度可分为图素(二维)、体素(三维)

图素

也称图元,是指可以用一定的几何参数和属性参数描述的最基本的二维图形输出元素。例如点、线、圆、圆弧、椭圆、二次曲线等

体素

是三维空间中可以用有限个尺寸参数定位和定形的最基本的单元体

图段

图段是具一组基元(图素、体素、图段)和其具有的一组性质构成的有实际意义的集合。比如说逻辑电路图就可以看作一个图段:直线、矩形、圆、文本是图段中的基元,各种门电路的链接规则作为图段的性质。单个的门就是最基本的图段

坐标系

分为建模坐标系、世界坐标系、观察坐标系、规范化设备坐标系、设备坐标系;其中世界坐标系又可继续细分。坐标系是逐步逐步变化得到的。

建模坐标系

建模坐标系(MC,Modeling Coordinate System)是一个局部的坐标系,它反映的是一个图素或图段的结构和信息(可以理解为每一个图素和图段都有它对应的建模坐标系来描述它的信息),它的存在目的是便于直观表示图素或图段以及后续的坐标变换(比如说平移、旋转、缩放等等),习惯上根据基本的图素和图段的特殊点来作为参考点。比如说一个圆形,就可以以它的圆心作为这个圆形对应建模坐标系的原点,后续也就可以通过比较简单的坐标变换(映射)来完成对这个图素的拓扑运动的表示。

世界坐标系

世界坐标系(WC,World Coordinate System)是一个全局坐标系。因为每一个对象都有自己对应的建模坐标系,当需要把各种各样的对象组合放置的时候,就需要抛弃每个对象的建模坐标系,以一个更加普遍的坐标系来描述所有对象的位置。(就像高中物理里面需要选取电场的零势能面来描述不同位置的电势一样)

观察坐标系

观察坐标系(VC,Viewing Coordinate System)也就是相当于在世界坐标系中放入了一个摄像机,根据视点(摄像机)的位置和方向,重新将所有世界坐标系内的对象重新描述并且重新定位,便于之后计算投影的图像。

规范化设备坐标系

规范化设备坐标系(NDC, Normalized Device Coordinate System)是一个中间坐标系。当我们选定了视点,确定了观察坐标系后,为了不受不同的输出设备影响,我们可以将对象描述转换到一个规范化设备坐标系,这个坐标系既独立于设备,又可以容易地转变成设备坐标系,这样就提高了可移植性和设备无关性。规范化设备坐标系的坐标范围为 [0, 1]

设备坐标系

设备坐标系(DC , DeviceCoordinate System)是对于输入输出设备而言的,对于每一个设备,都有一个单独的设备坐标系。在设备坐标系上可以确定一个有限显示区域,叫做视区,视区内就是最后人们所看到的部分(也就是各种物体的投影)。它的坐标系是整数值

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