计算机图形学中的三维图形技术在飞行器实时显示上的应用

摘要

计算机图形学是计算机科学领域最为年轻和活跃的学科之一，它同时也是一门交叉性很强的学科，不仅与数学、光学、结构设计等非计算机科学范畴的学科有紧密联系，还与数字图像处理、计算几何、模式识别等计算机科学领域的二级学科不可分割。　　三维图形是计算机图形学研究的最主要的部分，它涉及到几个主要的技术有视域裁剪、三维消隐和抗锯齿等。虽然目前针对这些技术已经存在多个算法，但是这些算法普遍存在运算效率不高的问题，如三维消隐技术的深度缓存和扫描线算法的运算时间复杂度很高，如果不借助硬件加速的话是不会被采用的。尽管目前的计算机图形学已经能满足大部分需求，但是远不能称为完美，相对于其较完善的理论基础，算法的运算效率成了短板，本文针对三维图形的几个主要的技术视椎体裁剪、三维消隐和抗锯齿都做出了一些改进，是其运算效率有所提高。　　四旋翼飞行器因为其具有体积小巧、动作灵活等特点，被广泛应用在很多场合，如航拍、测绘等。同时，较小的体积和较多的输入控制量也造成了此飞行器难以控制的特点，工程师在研发过程中往往需要对飞行器进行很多次实验试飞，实时地观察其位置和姿态，然后再进行参数调整。由于飞行器一般在高空中飞行，不利于观察其状态，加上四旋翼体积较小，在一百米开外就难以用肉眼准确地观察到其姿态。针对这些问题，本文结合计算机图形学相关技术，专门设计一套针对飞行器的飞行状态进行实时模拟显示的图形软件。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 计算机图形学研究的内容

1．2 计算机图形学的应用

1．3 本文研究的目的和意义

1．4 本文研究内容及技术路线

第二章 相关几何知识

2．1 坐标系

2．1．1 选取坐标系

2．1．2 确定坐标系原点和方向

2．2 坐标系变换

2．3 坐标系旋转

2．4 向量乘法

2．5 平面内线段求交

2．6 空间内线段和平面求交

2．7 平面内判断点是否在多边形内部

2．7．1 角度法

2．7．2 重心法

2．7．3 射线法

2．7．4 向量法

第三章 几何造型

3．1 线框模型

3．2 表面模型

3．3 实体模型

第四章 光栅图形

4．1 位图结构

4．2 内存存储格式

第五章 投影和视锥

5．1 投影变换

5．1．1 平行投影

5．1．2 透视投影

5．2 视锥体

5．2．1 定义

5．2．2 裁剪

第六章 纹理映射

6．1 函数纹理

6．2 图像纹理

第七章 光照模型

7．1 局部光照模型

7．1．1 环境光

7．1．2 漫反射

7．1．3 镜面反射

7．1．4 多光源

7．2 全局光照模型

7．2．1 Whitted整体光照模型

7．2．2 光线跟踪法

第八章 三维消隐

8．1 画家算法

8．2 Z缓冲器算法

8．3 扫描线算法

8．4 本文算法

8．4．1 包围盒原理

8．4．2 求平面中两个凸多边形的交集

8．4．3 判断空间中两个实体的远近

8．4．4 部分条件缺失的排序算法

第九章 抗锯齿

9．1 提高显示器分辨率

9．2 深度缓存法

9．3 光线跟踪法

9．4 本文算法

第十章 总结与展望

参考文献

致谢