notes of VCI

这是关于可视计算与交互概论的学习笔记

课程笔记目录

• VCI - 2: 颜色，颜色感知与可视化

  • 人类视觉系统与颜色感知
  • 颜色空间与颜色模型
  • 色域与颜色管理
  • 可视化中的颜色应用

• VCI - 3: 显示

  • 显示设备发展历程
  • 二维显示技术（CRT、LCD、OLED）
  • 立体显示与裸眼3D技术
  • 增强现实显示系统

• VCI - 4: 2D图形绘制

  • 扫描转换与光栅化
  • 直线绘制算法（DDA、Bresenham）
  • 圆形绘制算法
  • 多边形填充技术
  • 颜色插值与图像变形

• VCI - 5: 抗锯齿

  • 信号处理基础与采样定理
  • 锯齿现象的产生机制
  • 抗锯齿技术分类（预滤波、后处理）
  • 纹理抗锯齿与MIP映射
  • 现代抗锯齿技术（MLAA、FXAA、TAA）

• VCI - 6: 曲线

  • 二维曲线表示方法（显式、隐式、参数）
  • 贝塞尔曲线理论与De Casteljau算法
  • 样条曲线（自然三次样条、Catmull-Rom、B样条）
  • NURBS曲线与有理贝塞尔曲线
  • 几何连续性与曲线质量评估

• VCI - 7: 图像表示与处理

  • 图像的定义与连续表示
  • 矢量表示与栅格表示对比
  • 帧缓冲区与颜色存储（RGB、LUT）
  • Alpha通道与图像合成
  • 点处理与图像滤波（模糊、边缘检测）
  • 图像修复与泊松编辑
  • 图像抠图技术

• VCI - 8: 几何表示

  • 几何的定义与经典模型（Utah Teapot, Stanford Bunny）
  • 计算机中的几何编码（显式表示vs隐式表示）
  • 点云表示与应用
  • 多边形网格（三角形网格、四边形网格）
  • 半边数据结构（Half-edge）
  • 细分曲面（Catmull-Clark、Loop）
  • 网格参数化与应用

• VCI - 9: 几何处理

  • 基础几何操作（叉积、平面方程、距离计算）
  • 离散微分几何（重心坐标、三角形网格梯度）
  • Laplace-Beltrami算子（均匀与余切公式）
  • 网格光顺（扩散流、显式与隐式方法）
  • 保持细节的网格编辑
  • 网格简化（二次误差度量、边坍缩）

• VCI - 10: 几何重建

  • 三维点云的数据来源
  • 坐标变换基础（旋转、平移、刚体变换）
  • 点云配准（ICP算法）
  • 曲面重建（Delaunay三角剖分、Poisson重建）
  • 模型拟合（RANSAC平面检测）
  • 实际应用与开源工具

• VCI - 11: 几何变换

  • 基础变换（平移、旋转、缩放、反射、剪切）
  • 齐次坐标与仿射变换
  • 3D变换（坐标系、旋转矩阵）
  • 欧拉角与轴角旋转（Rodrigues公式）
  • 变换层次结构与应用
  • 运动学（前向运动学、逆向运动学）
  • 视图变换与投影（正交、透视）
  • OpenGL中的变换管线

• VCI - 12: 高级渲染

  • 光线追踪基础与应用
  • 渲染方程与辐射度量学
  • BRDF与双向反射分布函数
  • 能量守恒与光学可逆性
  • 微表面BRDF模型（Cook-Torrance）
  • 纹理映射（参数化、反射率属性）
  • 法线贴图、粗糙度贴图、金属感贴图
  • 环境映射与基于图像的光照
  • 光线追踪在生产中的应用与实时技术

• VCI - 13: 着色

  • 着色概述与光栅化vs光线追踪
  • 光源类型（环境光、平行光、点光源、聚光灯、面光源）
  • 反射与照明模型（漫反射、Lambert定律、Phong）
  • 完整的Phong照明方程
  • 着色算法（平面着色、Gouraud、Phong着色）
  • 可见性问题与深度测试
  • 画家算法与Z-缓冲
  • 阴影映射与阴影计算
  • 非照相写实渲染（NPR、卡通着色、轮廓提取）
  • Gooch着色与金属着色

• VCI - 14: 渲染管线

  • 渲染管线概述与光栅化流程
  • 图形API（OpenGL、DirectX、Vulkan、Metal）
  • 现代GPU架构与并行性
  • 专用硬件（纹理单元、光线追踪核心、张量核心）
  • 着色器编程（顶点着色器、片元着色器、其他着色器）
  • GLSL与着色器语言
  • 正向渲染与复杂度分析
  • 早期Z测试优化
  • 延迟渲染与G-Buffer
  • 网格着色器与动态全局光照
  • 深度学习超采样（DLSS）
  • GPU发展历史与现代趋势

• VCI - 15: 纹理贴图

  • 纹理贴图基础与应用
  • UV坐标系统（平面、柱面、球面投影）
  • 纹理坐标插值与透视正确插值
  • 纹理采样与过滤（最近邻、双线性、三线性）
  • MIPMAP技术与层级选择
  • 各向异性过滤（Ripmap）
  • 纹理应用：外观、几何、光照纹理
  • 纹理生成方法（采集、手工、程序、AI）

• VCI - 16: 全局光照I - 光线追踪

  • 光线追踪概述与优势
  • 光线投射（Ray Casting）基础
  • 光线-表面交点计算
  • 球体与三角形相交算法
  • 递归光线追踪与光线树
  • Whitted光线追踪算法
  • 镜面反射与折射（Snell定律）
  • 超采样与自适应超采样
  • 光线追踪加速结构（网格、八叉树、k-d树、BSP树）

• VCI - 17: 全局光照II - 路径追踪

  • Whitted光线追踪的局限
  • 光路传输记法（L-D-S-E）
  • 辐射度量学基础
  • 渲染方程与全局照明
  • 蒙特卡洛积分与收敛性
  • 路径追踪算法
  • 重要性采样与方差减少
  • 进阶路径追踪（双向、MLT、分层采样）

• VCI - 18: 物理仿真

  • 物理仿真基础与流程
  • 刚体动力学与牛顿定律
  • 粒子系统与力的计算
  • 布料仿真（网格模型、Verlet积分）
  • 软体仿真与有限元方法
  • 流体仿真（Navier-Stokes、网格法、粒子法）
  • 碰撞检测与响应
  • 求解器与积分方法（显式、隐式）