计算机图形学源码

① TA学习笔记（幕布版）

TA学习笔记主要包含以下内容：

• 基础理论：

  • Games101：快速过后的作业补充笔记，部分未完成内容后续会补上。这部分笔记有助于理解计算机图形学的基础概念和原理。
  • Games202：高质量实时渲染部分的笔记，涵盖了实时渲染领域的重要知识和技术。

• 软件学习：

  • Houdini：初级教程的学习笔记，建议结合视频教程，特别是英文教程一起学习，以更好地掌握这款强大的三维建模和动画软件。
  • Substance Designer：官方入门教程的笔记，适合初学者快速上手这款材质设计软件。
  • World Creator：基础教程的笔记，涵盖了World Creator这款地形生成软件的基本功能和操作。

• 引擎学习：

  • Unreal：以实践为主的学习笔记，重点记录了空山新雨后教程的内容，并包含了后期的练习内容，有助于提升在Unreal引擎中的项目实践能力。

• 实践项目：

  • TA百人计划：从霜狼大佬的分享中收获颇丰，评论区提供了丰富的作业和拓展资源，有助于深入理解和实践TA领域的知识和技能。

• 语言学习：

  • C++：学习了黑马教程至P106部分，并进行了源码学习，有助于提升编程能力和对底层技术的理解。
  • OpenGL：提供了相关的链接资源，方便学习者进一步深入了解和学习OpenGL这一重要的图形API。
  • Python：学习了相关的教程，但注意到教程前后质量不一，需要学习者自行筛选和辨别。
  • C#：学习进展待续，适合对Unity引擎或C#编程感兴趣的学习者继续深入。

总结：这份TA学习笔记涵盖了从基础理论到软件学习、引擎实践、项目实践以及语言学习的多个方面，为学习者提供了全面的学习资源和指导。

② [vtk修炼之道 1] vtk简介

Vtk简介：

Vtk是一个专注于三维计算机图形学、图像处理和可视化领域的开源、免费软件系统。以下是关于vtk的详细介绍：

• 开源与免费：Vtk作为开源软件，用户可以自由获取、使用和修改其源代码，无需支付任何费用。

• 跨平台支持：Vtk支持多种操作系统，包括Windows和Unix等，极大地方便了用户的使用和部署。

• 强大的三维图形功能：Vtk支持体绘制和传统的面绘制，能够显着改善可视化效果，并充分利用现有图形库和硬件资源。

• 高效的数据处理能力：具备流streaming和高速缓存caching能力，使得Vtk在处理大量数据时无需过多考虑内存资源限制。

• 良好的网络兼容性：与Java和VRML等基于网络的工具兼容，为Vtk的广泛应用和发展提供了广阔的前景。

• 多种着色方法支持：如OpenGL等，使得Vtk在图形渲染方面具有更高的灵活性和表现力。

• 设备无关性与可移植性：Vtk的代码具有良好的可移植性，能够在不同硬件和操作系统上运行，同时官方提供了详细的技术文档和案例、教程。

• 丰富的数据类型支持：适用于物理科学、医学成像和工程领域等多种应用场景。

• 开发流程：分为数据准备和渲染两个阶段。数据准备阶段包括读取数据和数据处理；渲染阶段则将处理后的数据生成实体并在设定的渲染场景中展示，同时实现交互。

• 可视化流程组件：包括数据源、过滤器、映射器、Actor、Renderer、RenderWindow和RenderWindowInteractor等关键组件，它们共同构成了Vtk的可视化流程。

③ OpenGL基础-C++|（一） 安装与使用

OpenGL基础-C++安装与使用指南

要开始在C++中使用OpenGL，首先要对它有一个基本了解。参考书籍：《计算机图形学编程（使用OpenGL和C++）（第2版）》。

在Visual Studio 2022环境中进行安装与配置:

1. 从官方下载GLFW源代码，链接在此处。


2. 使用CMake编译源码，生成 GLFW.sln 文件。


3. 编译为64位应用程序，完成后你会得到lib静态库文件和include文件夹。

从指定地址获取GLEW二进制文件，包含库文件和头文件。

从提供的链接下载GLM压缩包，解压后即可使用。

在make/windows文件夹中，打开SOIL2.sln，选择x64环境生成静态库。

创建包含lib和include子文件夹的文件夹，存放这些库和头文件。

在VS中，通过新建项目模板创建OpenGL C++项目，选择OpenGL模板即可。在项目创建时，请确保glew32.dll文件放在项目目录下。

一个简单的测试代码，用于确认配置是否正确:

运行这段代码，若显示成功，说明安装和配置都已完成。

④ 基于B-spline的轨迹优化

常见的全局路径规划算法生成的路径通常有很多拐点，对机器人运动不利，且增加控制复杂度。本文基于B-splines对ROS下的A*算法进行优化，以生成更平滑路径。

样条作为分段多项式函数，广泛用于插值数据点或近似函数、曲线和曲面。B样条曲线是路径平滑的强大工具，适用于计算机图形学、计算机辅助设计等领域。

1 B-spline曲线

1.1 基函数

u为节点，p为次数。

1.2 B-spline

对于n+1个控制点，knot vector包含m+1个结点，B曲线表示为：一个n+1的控制点集合、一个m+1个结点的knot vector和一个次数p。需满足条件m=n+p+1。例如，11个点（n=10），次数为3（p=3），则m=14。在路径规划中使用B样条时，需采用clamped曲线，即第一个和最后一个点的knots数量为p+1。

2 Python实验

3 A*与B-spline在ROS中的应用

在ROS仿真中，对A*生成的所有路径点进行B样条优化，出现move_base等待超时问题，初步判断为原始路径点过多，导致轨迹优化插件超过了move_base的等待时间。后来通过增加迭代过程，对原始点在一定间隔进行删除再进行B样条插值优化，生成路径更平滑。

图示中，绿色粗线代表原始路径，红色细线为优化后路径。

源码如下：

⑤ 快速求平方根倒数算法的理解

平方根倒数速算法（Fast Inverse Square Root），一种适用于快速计算积的算术平方根的倒数的算法，通常应用于计算机图形学领域，特别是用于计算照明和投影的波动角度与反射效果。此算法最初可能由SGI在90年代初发明，并在1999年《雷神之锤III竞技场》的源代码中应用。该算法显着减少了求平方根倒数时浮点运算操作带来的运算耗费。

算法的精髓在于常数0x5f3759df，其作用是在计算平方根倒数时提供一个初始估计值。这段代码的执行速度是"float(1.0/sqrt(x))"的4倍左右，尽管现代处理器已经不需要如此操作，但这个方法仍显得非常有用。

在32位浮点数表示中，其存储结构为1位符号位、8位指数位和23位尾数。计算平方根倒数速算法的关键在于执行牛顿迭代法，其中的“魔数”用于计算一个初始估计。代码中的第12、13行执行的就是牛顿法的过程。

快速求平方根算法利用了切比雪夫最佳逼近原理，通过调整修正因子来优化计算过程。在计算中，“魔数”实际上是对一个正数进行某种调整后的结果。通过将浮点数的二进制表示与对数进行关系转换，可以推导出魔数的具体来源，从而实现快速计算。

在《雷神之锤III竞技场》源代码中，使用了uint32_t类型来替代long，以适应现代64位操作系统的需要。现代编译器可能对"*(long*) &y"这样的写法有所限制，因此推荐使用更安全的替代方法，如union、C++的reinterpret_cast或C++20的bit_cast。

总结，平方根倒数速算法是计算机图形学领域中一种高效的求平方根倒数方法。通过牛顿迭代法和特定的修正因子，该算法能够快速提供接近准确的计算结果。然而，随着现代处理器技术的发展，这种方法的实用性逐渐降低，其主要学习价值在于算法设计和优化技术。

⑥ 什么是矢量文件

矢量文件是指一种以数学方式描述，在原制作软件环境和库文件的条件下，可通过计算机任意缩放但不损失细节的图形文件。

矢量文件是一种用于计算机图形学的电子文件，一些关键特性是矢量文件以数学点、坐标和形状来描述图形。矢量文件中的图形很容易扩展为图像，此外，矢量图像文件类型在为打印项目创建美术时经常使用。

矢量图像的优点

1、文件小，图像中保存的是线条和图块的信息，所以矢量图形文件与分辨率和图像大小无关，只与图像的复杂程度有关，图像文件所占的存储空间较小。

2、图像可以无限级缩放，对图形进行缩放，旋转或变形操作时，图形不会产生锯齿效果。

3、可采取高分辨率印刷，矢量图形文件可以在任何输出设备打印机上以打印或印刷的最高分辨率进行打印输出。

4、最大的缺点是难以表现色彩层次丰富的逼真图像效果。

5、矢量图与位图的效果是天壤之别，矢量图无限放大不模糊，大部分位图都是由矢量导出来的，也可以说矢量图就是位图的源码，源码是可以编辑的。