计算机图形与图像处理的基本知识

计算机图形与图像处理是计算机科学和艺术交叉领域的一个重要分支。它涵盖了对图像的生成、处理和呈现等方面的研究。在现代社会中，计算机图形与图像处理技术已经广泛应用于电影、游戏、虚拟现实、医学成像等多个领域。本文将介绍计算机图形与图像处理的基本知识。

1. 图形与图像的区别

在计算机图形与图像处理领域，图形和图像是两个不同的概念。图形是由图元（基本图形单元）组成的，例如线段、多边形等。图像则是由像素（图像的最小单位）组成的，每个像素包含了丰富的颜色和灰度信息。图形是矢量（vector）表示的，而图像是位图（bitmap）表示的。

图形渲染是计算机图形与图像处理的核心技术之一。它包括了图像的生成、绘制和填充等过程。最常见的图形渲染算法有线段绘制算法、多边形填充算法、光栅化算法等。

线段绘制算法用于在屏幕上绘制线段，最经典的算法是Bresenham算法。多边形填充算法用于填充封闭区域，其中最常用的算法是扫描线填充算法。光栅化算法则用于将矢量图形转换为位图，其中最常用的光栅化算法是扫描线光栅化算法。

图像处理是对图像进行数字化处理的过程，可以包括图像的增强、滤波、压缩等操作。最常见的图像处理技术有直方图均衡化、中值滤波、小波变换等。

直方图均衡化是一种对图像强度分布进行调整的方法，可以提高图像的对比度和细节。中值滤波是一种常用的图像平滑方法，可以去除图像中的噪声。小波变换则是一种经典的图像压缩算法，可以将图像的冗余信息进行压缩。

三维图形与建模是计算机图形与图像处理的重要方向之一。它涉及到对三维物体的建模、光照、投影等方面的研究。

三维建模包括了三维物体的表示和建立三维场景的过程，常用的建模方法有多边形网格模型、Bezier曲线和曲面、体素等。光照模型则用于模拟三维场景中的光照效果，最常见的光照模型有Lambert模型、Phong模型等。投影技术则用于将三维物体投影到二维屏幕上，其中最常用的投影方法为透视投影。

计算机图形与图像处理是一个广泛应用于多个领域的学科，它涵盖了图形渲染、图像处理和三维图形与建模等方面的知识。通过学习和应用这些基本知识，我们可以实现更加逼真和生动的计算机图形与图像效果，为现实世界和虚拟世界之间的交互提供更好的体验。