3D 图形处理依赖于特定的数据结构来存储和表示三维物体。基本的是顶点（Vertex）数据结构，顶点包含了物体在三维空间中的位置信息（通常用 x、y、z 坐标表示）。例如，一个简单的立方体模型有 8 个顶点，每个顶点记录了其在空间中的坐标，这些顶点构成了物体的基本框架。除了顶点，还有边（Edge）和面（Face）的数据结构。边连接两个顶点，面则由多个顶点和边围成。在多边形网格表示中，三角形网格是常用的方式，因为三角形在计算机图形处理中有很好的几何稳定性。例如，复杂的 3D 角色模型就是由大量的三角形面组成的多边形网格来表示。
3D 图形处理模型构建方法
3D 图形处理图形变换与操作
平移变换：将 3D 物体在三维空间中沿着指定的方向移动一定的距离。其数学原理是在物体顶点的坐标上加上相应的平移量。例如，在一个 3D 游戏场景中，将角色模型从一个位置移动到另一个位置，就是通过平移变换实现的。
旋转变换：使物体绕某个坐标轴（如
x、y、z
轴）或者任意轴旋转一定的角度。旋转变换涉及到三角函数等数学知识，通过矩阵乘法来计算旋转后的顶点坐标。例如，在机械产品展示中，旋转零部件模型可以让用户从不同角度观察产品细节。缩放变换：改变物体在三维空间中的大小，通过对顶点坐标乘以相应的缩放因子来实现。缩放可以是均匀的（在三个坐标轴方向上缩放比例相同），也可以是非均匀的（在不同坐标轴方向上有不同的缩放比例）。例如，在建筑设计中，对建筑模型进行缩放可以展示不同比例下的建筑效果。
空间划分算法：为了提高图形处理效率，特别是在处理复杂场景时，会采用空间划分技术。如八叉树（Octree）和包围盒（Bounding
Volume）等方法。八叉树将三维空间递归地划分为八个子空间，用于快速定位物体和进行碰撞检测等操作。包围盒则是用简单的几何形状（如长方体、球体等）包围物体，通过判断包围盒之间的关系来加速物体之间的交互计算。
层次结构处理：对于复杂的 3D 模型，如具有多个部件的机械装置或角色动画模型，采用层次结构来组织。例如，一个人物动画模型可以分为头部、身体、四肢等层次，每个层次可以独立地进行变换和动画处理，这样可以更方便地控制模型的整体行为和动作。
3D 图形处理光照与材质处理
3D 图形处理渲染与可视化呈现
渲染管线是 3D
图形处理的核心流程，它将 3D 场景中的物体从模型数据转换为屏幕上的像素。主要包括顶点处理、光栅化和像素处理等阶段。在顶点处理阶段，对 3D
模型的顶点进行几何变换和光照计算等操作；光栅化阶段将经过变换后的顶点转换为屏幕上的片段（Fragment）；像素处理阶段则对这些片段进行颜色计算、纹理采样等操作，终生成屏幕上的像素。 现代渲染管线还包括了可编程阶段，如顶点着色器（Vertex Shader）和像素着色器（Fragment Shader），开发者可以通过编写着色器程序来实现更加复杂和个性化的渲染效果，如高级光照效果、特效处理等。
实时渲染：主要用于需要即时反馈的应用场景，如 3D 游戏、虚拟现实等。在实时渲染中，图形处理系统需要在短时间内（通常每秒几十帧）生成并更新屏幕上的图像，以保证用户体验的流畅性。这要求渲染算法高效、硬件加速（如 GPU 加速）充分利用。例如，在 3D 射击游戏中，玩家的视角移动和场景中的动态效果（如爆炸、光影变化等）都需要实时渲染。 离线渲染：用于对渲染质量要求极高、不需要即时反馈的场景，如电影制作、高质量产品渲染等。离线渲染可以花费大量的时间和计算资源来生成高质量的图像，通常会采用更复杂的光照模型、更高的分辨率和更精细的材质纹理。例如，在一部 3D 动画电影中，每一帧画面可能需要数小时甚至数天的时间进行离线渲染，以达到电影级别的视觉效果。
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