思维导图

前言：25年考察了三角形面积权重计算，没有在ppt中找到该知识，直接被暴击。

计算机图形学知识导图（OpenGL Rendering Pipeline 顺序）

1. 应用阶段（Application）
├── 建模（Modeling）
│   ├── 参数化建模：曲线 C(u)，曲面 S(u,v)
│   ├── NURBS（非均匀有理 B 样条）
│   │   ├── 控制点、节点向量、权重、度数
│   │   └── 曲线公式：C(u) = ...
│   ├── 几何图元：点、线段、多边形、曲面、三角网
│   └── 文件表示：顶点 + 面（obj 等格式）
│
├── 输入与交互（Interaction）
│   ├── 输入设备
│   │   ├── 物理设备：鼠标、键盘、轨迹球
│   │   └── 逻辑设备：位置、对象ID
│   ├── 输入模式
│   │   ├── 请求模式（程序主动获取）
│   │   └── 事件模式（事件驱动）
│   └── 图形系统交互流程：用户输入 → 图形系统处理 → 显示设备更新 → 用户反应

2. 几何阶段（Geometry Processing）
├── 顶点处理（Vertex Processing）
│   ├── 坐标变换
│   │   ├── 对象坐标 → 世界坐标 → 相机坐标 → 裁剪坐标 → 屏幕坐标
│   │   └── 变换矩阵：旋转、平移、缩放、投影矩阵
│   └── 顶点着色（光照计算）

├── 投影变换（Projection）
│   ├── 透视投影：近大远小，模拟真实视角
│   └── 正交投影：平行线保持平行
│       └── 正交归一化矩阵推导（见第四题）

├── 视见体裁剪（Clipping）
│   ├── 移除视锥外对象
│   └── 裁剪算法
│       ├── Cohen-Sutherland（线段裁剪）
│       ├── Liang-Barsky（高效参数法）
│       └── Cyrus-Beck（凸多边形）

├── 图元组装（Primitive Assembly）
│   ├── 组合顶点 → 图元：线段、多边形、曲面
│   └── 图元准备进入光栅化

3. 光栅化阶段（Rasterization）
├── 光栅化：图元 → 像素片段（Fragment）
│   ├── 属性插值：颜色、法线、纹理坐标
│   └── 深度测试（Z-buffer）

├── 三角形填充（加速算法）
│   ├── 扫描线算法（Scanline）
│   └── 重心坐标法（Barycentric Coordinates）

├── 绘图算法
│   ├── Bresenham 算法：高效整数画线/画圆
│   └── 分级 Mipmap 技术
│       ├── 多分辨率纹理（金字塔）
│       ├── 存储量 ≈ 原图 × 4/3
│       └── 级别选择用于不同距离的纹理采样

4. 片段处理阶段（Fragment Processing）
├── 局部光照模型（Local Illumination）
│   ├── 光源类型：点光源、聚光灯、平行光等
│   ├── 材质属性：环境、漫反射、镜面反射
│   ├── Phong 模型：
│   │   ├── I = I_a + k_d(L·N) + k_s(R·V)^n
│   │   └── Blinn-Phong 改进：用半角向量 H 替代反射向量 R
│   └── 优点：更真实表现高光，改善绘图质量

├── 着色方法（Shading）
│   ├── Flat Shading：每面单色，效率高质量差
│   ├── Gouraud Shading：顶点光照，颜色插值，略失高光
│   └── Phong Shading：法线插值 + 每像素光照，质量高

├── 隐藏面处理（消隐算法）
│   ├── Z-buffer（最常用，适合不透明复杂场景）
│   ├── Painter’s Algorithm（远到近绘制）
│   └── BSP 树（用于静态场景空间排序）

5. 合成与输出阶段（Compositing & Output）
├── 双缓冲机制（Double Buffering）
│   ├── 前台缓冲：显示
│   └── 后台缓冲：绘图
│   └── 帧绘制完成后交换，防闪烁

6. 图像形成与相机模型（Camera & Image Formation）
├── 合成相机模型（Synthetic Camera）
│   ├── 投影中心、图像平面、投影点
│   ├── 投影类型：透视 / 正交
│   └── 胶片参数：尺寸、方向、焦距

├── 图像形成要素
│   ├── 光源 + 物体 + 材质 + 观察者
│   └── 成像设备类比：眼睛、照相机、显微镜

├── 图像生成技术
│   ├── 光线追踪（Ray Tracing）：真实感高，效率低
│   ├── 辐射度法（Radiosity）：能量守恒，适合漫反射
│   └── 实时渲染（Pipeline + 硬件加速）

附录：常见算法总结
├── 建模：NURBS 曲线、参数化曲线/曲面
├── 裁剪算法：Cohen-Sutherland、Liang-Barsky、Cyrus-Beck
├── 填充算法：扫描线、重心坐标法
├── 消隐算法：Z-buffer、Painter、BSP 树
├── 光照模型：Phong、Blinn-Phong
└── 着色模型：Flat、Gouraud、Phong