2010高級圖形圖像處理習題.ppt

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圖形圖像習題課,趙振剛gavin@,2010.12.27,內容,3D觀察流水線三維對象表示及樣條曲線3D模型及數(shù)據結構直方圖及均衡化三次作業(yè),Topic1:3D觀察變換,定義：讓計算機已知模型形狀(模型坐標)、觀察者位置(觀察坐標)、投影方式(觀察方式)、顯示器窗口大小的情況下，在顯示器屏幕預定位置呈現(xiàn)觀察者眼中模型樣子的過程,三個計算,(1)MC、WC、VC齊次坐標運算(2)M從三維到二維投影，即平面化(3)視點變換，即旋轉、裁剪平面化后的圖形，獲得最終結果,MC?WC齊次坐標運算,齊次坐標第一列為MC中x軸在WC中向量表示；第二列為MC中y軸在WC中向量表示；第三列為MC中原點在WC中坐標；,模型坐標系中的坐標為(1,1),世界坐標系中的坐標為(3,4),MC?WC齊次坐標運算,將齊次矩陣作為變換矩陣，乘以MC中坐標，得WC中坐標,WC?VC齊次坐標運算,VC對世界標系WC的齊次矩陣及其逆為,觀察坐標系中的坐標為(-2,-2),世界坐標到觀察坐標,回顧理論課內容,三維平移,回顧理論課內容,三維旋轉,繞x軸,繞y軸,繞z軸,回顧理論課內容,三維縮放,計算,作業(yè)5.55.6,M從三維到二維投影，即平面化,投影變換(ProjectionTransformation)中分為兩個部分，第一個部分是將上個階段得到的坐標轉換為平面坐標，第二個部分是將轉換后的平面坐標在進行歸一化并進行剪裁。投影一般分為：正交投影、透視投影,投影變換在模型視點變換之后應用于物體的頂點之上的，實際上定義了觀察區(qū)域，并建立了裁剪平面。,正交投影的數(shù)學分析,對于三維空間中的坐標點和一個二維平面，要在對應的平面上投影，只需將非該平面上的點的坐標分量改為該平面上的坐標值，其余坐標不變openGL中，設置正交投影可以使用函數(shù)glOrtho(GLdoubleleft,GLdoubleright,GLdoublebottom,GLdoubletop,GLdoublezNear,GLdoublezFar),,,,,,六個參數(shù)對應投影空間六個平面,透視投影的數(shù)學分析,gluPerspective(GLdoublefovy,GLdoubleaspect,GLdoublezNear,GLdoublezFar);生成投影矩陣,視口變換,比如上個階段中得到了一個頂點的坐標為(0,0,0.5,1)，根據這個坐標，該頂點位于投影平面的正中間。如果將該點映射到大小為50*50的窗口上時，那么它應該位于屏幕的中間，坐標為(25,25,0.5,1)。,glViewport(width/2,0,width/2,height/2),,,,3D觀察的形象描述（1）,視點變換（對準場景）,模型變換（放置模型）,,相反過程,3D觀察的形象描述（2）,投影變換（指定視景形狀）,視口變換(指定在顯示平面中位置和大小),Topic2:3D模型及數(shù)據結構,三維數(shù)據源：拍攝好的影像、設計好的圖紙或者物體本身獲取流程：工程設計圖紙----采集數(shù)據標注----利用AutoCAD、3Dmax等軟件建模---PC存儲文件模型?文件轉換方法：多邊形網格,一個問題,三維模型如何進行網格剖分？問題實質：曲面離散化問題關鍵：最優(yōu)點搜索快速、連續(xù)已有方法：映射法：曲面-----平面-----曲面推進陣面法：插值逼近Delaunay三角化方法：離散截取---截面內點---四面體---內外子集分割----公共面,規(guī)則曲面例子,平面與曲面網格示意,有限元網格逼近,一個問題,規(guī)則曲面可以由多面體、曲面、二次曲面、超二次曲面來生成，那么不規(guī)則曲面的數(shù)據集如何生成？樣條表示,樣條表示,樣條是通過一組指定點集而生成平滑曲線的柔性帶。樣條曲線原指使用這種方式繪制的曲線。數(shù)學上使用分段三次多項式來描述這種曲線,其中各曲線段的連接處有連續(xù)的一次和二次導數(shù).在計算機圖形學中,樣條曲線指由多項式曲線段連接而成的曲線,在每段的邊界處滿足特定的連續(xù)性條件。樣條曲面可以使用兩組正交樣條曲線進行描述。樣條用于設計曲線和曲面形狀,將繪制的圖形數(shù)字化以及設置指定場景中對象的動畫路徑或照相機的位置。,樣條曲線的參數(shù)表示,參數(shù)表示x=x(t)y=y(t)z=z(t)其中：a<=t<=b,(a)5個控制點的插值曲線(b)5個控制點的逼近曲線,三次樣條插值方法,給出一組控制點,通過每個控制點的分段三次多項式曲線擬合輸入點,可以得到立方插值樣條。假設有n+1個控制點,那么坐標分別為:Pk=(xk,yk,zk)k=0,1,2,……n可以使用下列方程組來描述擬合每對控制點的參數(shù)三次多項式:x(u)=axu3+bxu2+cxu+dxy(u)=ayu3+byu2+cyu+dyz(u)=azu3+bzu2+czu+dz(0<=u運行程序cardinal,另一個問題,繪制好后的曲線、曲面，如何離散化，以及離散化后的點坐標如何保存？三角形、四邊形離散，取其頂點,3Dmodelformat,3DmaxASE(ASCII)file,文件頭：物體的總頂點數(shù)及該物體的總面數(shù),頂點表：頂點序號及其對應的坐標值,面表：基本三角形面的序號、三角形各個頂點在頂點表中的序號和三角形各邊的可見性,Scenefileexample,頂點順序聯(lián)結按右手系確定法線正方向；每兩個三角形單元都是通過它們共有的一條邊連接,Datastructureofmap,編程實例,綜合設計實驗山地地形讀取,Koch分形,(X1，y1),(X2，y2),(X1，y1),(X2，y2),(X3，y3),(X4，y4),(X5，y5),Koch分形關鍵程序代碼,Topic3:面向對象編程和VC++,面向過程思想方法“結構化程序設計”，將程序設計抽象成三種基本程序機構：順序、選擇、重復結構；自頂向下、逐步求精、模塊化程序設計原則面向對象思想方法現(xiàn)實問題空間與軟件系統(tǒng)解空間的近似和直接模擬，將客觀世界的對象映射到面向對象系統(tǒng)的解空間,面向對象思想方法的核心概念,類和實例封裝和消息繼承和派生聯(lián)合和聚集,面向對象開發(fā)方法,面向對象分析(OOA)提取系統(tǒng)需求，確定對象屬性和關系面向對象設計(OOD)采用問題域模型構造應用程序。面向對象的實現(xiàn)(OOS),VC++,文件組織.dsw.dsp.opt.clw.sln,資源類,文件視圖,函數(shù)接口,Classproperties,Functioninterface,Topic4:直方圖均衡化,操作對象像素灰度值、分布及其相關性直方圖均衡化,,,為什么是累加和？,累加和？,連續(xù)均勻分布的概率密度函數(shù),,,,,,1,0,r,Sr,由此概率密度函數(shù)可得離散分布時,實驗三代碼,等級化,累加和,原始直方圖,習題3.4,低階比特置零,高階比特置零,一幅圖像的高階比特面會攜帶大量的可見相關細節(jié)，低階比特面則分布著一些細小的細節(jié)(通常是感覺不到的)。,