计算机图形学课件——first

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1.5 计算机图形学当前研究的一些方向
1．几何造型技术 2．真实图形生成技术 ． 3．科学计算可视化 ． 4．计算机动画 ． 5 ．虚拟现实 6 ．地理信息系统
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7 地理和自然资源的图形显示 计算机图形学的另一个重要的应用领域是产生高精度 的地理图形或其它自然资源的图形。例如各种地理图、 地形图、矿藏分布图、海洋地理图、气象图、植被分布 图、人口分布图等。目前，地理信息管理系统（GIS）已 经得到广泛的应用，它是由图形技术、遥感技术、数据 库技术以及管理信息相结合形成的新技术，其中图形技 术起着核心和控制作用。使用地理信息管理系统可以方 便地实现地理和自然资源的三维信息管理。
计算机图形学课前简介 1．课程学时 总学时：54学时；其中讲课：36学时； 上机：18学时 2．课程主要内容 二维图形基础 自由曲线和曲面 图形变换 图形裁剪 几何造型 真实感图形生成技术 分数维图形 数字图像处理技术简介
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3．学习成绩考核方法 上机编程20%，平时20%
期末考试60%。
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1.2 计算机图形学的研究内容
计算机图形学主要是研究图形的计算机生成。在图形 基础研究方面可分为两个主要方向, 即建模技术和绘制 技术。建模技术又称为造型技术，又可分为两个不同分 支,即计算机辅助几何设计和自然景物建模。计算机辅助 几何设计追求建模的精确度、可靠性和建模的速度。自 然景物建模追求建模的逼真度和速度。所涉及的主要内 容包括基本图元的生成，例如线段、字符、圆、曲线等 的生成算法；区域填充算法；图形变换,如平移、旋转、 缩放、裁剪、透视和投影等。 计算机图形学中的绘制技术主要是指基于光栅图形 显示技术的真实感图形绘制技术,包括各种光照模型、明 暗处理、纹理生成、透明和颜色处理，以及隐藏线和隐 藏面的消除等内容。绘制技术追求的是真实感和绘制速 度。
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1962年，在美国亚特兰大市召开的美国计算机会议上, 美国麻省理工学院林肯实验室的Ivan.E.Sutherland 宣读 了他的博士论文研究内容“Sketchpad:一个人机交互的图 形系统”，文中首次使用了“Computer Graphics”这一术 语，证明交互式计算机图形学是一个可行且有用的研究领 域，从而确定了计算机图形学作为一个崭新的科学分支的 地位。奠定了计算机图形学的基础。1965， Ivan.E.Sutherland 又发表著名论文 “Ultimate Display” （终极显示），提出了计算机图形学的发展方向。因此， Ivan.E.Sutherland 被公认为是交互图形生成技术的奠定 人。他也为此荣获1988年图灵奖。
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统计数据及事务管理的图示化 办公自动化 图形用户接口 科学计算可视化 科 学 计 算 可 视 化 (Visualization in Scientific Computing,ViSC)是指运用计算机图形学和图像处理技术, 将科学计算过程中产生的数据及计算结果转换为图形或 图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理的理论、方法和 技术。国际上关于科学计算可视化的研究始于20世纪80 年代末,它使往日冗繁、枯燥的数据变成生动、直观的图 形或图像。目前，科学计算可视化在医学图象处理、地 质勘探、气象预报、天体物理、分子生物学、计算流体 力学、有限元分析、核科学等很多方面得到了成功地应 用。目前,科学计算可视化已成为计算机图形学的一个重 要研究方向。
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长江三峡地区图1
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长江三峡地区图2
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喜马拉雅山数字地面高程模型
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8 计算机动画与娱乐 现在计算机图形方法常用于制作动画片、音乐录 象带和计算机游戏。同传统的制作方法相比较，计算 机制作方法具有时间短、成本低、形象生动逼真、重 用性强等优点。 为了避免画面闪烁，放映一秒钟的动画，就需制 作多于24幅画面，因而制作较长时间的动画，工作量 是相当大的，而用计算机来做，这些重复性的资料可 存储在计算机内，需要时直接调出来，再稍加改变就 成了下一幅图，从而大大节约了时间，提高了动画制 作的效率。
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20世纪90年代以来，虚拟现实、科学计算可视化等 应用要求促使计算机图形学向着更高阶段发展，它的 许多技术也已成为发展迅速的多媒体技术的重要组成 部分。经历了近40年的发展历程，计算机图形学在图 形基础算法、图形软件与图形硬件三方面都取得了长 足的进步,成为当代几乎所有科学和工程技术领域用来 加强信息理解和传递的技术和工具。随着计算机图形 学理论、方法的不断完善，软件、硬件技术的不断发 展，它的应用领域也必将越来越广。
4．本课程主要参考书 [1] 《计算机图形学》 纪玉波编著. [2] 《计算机图形学》 孙家广等编著.清华大学 出版社，1995 [3] 《计算机图形学C语言版》Hearn D等.影印版. 清华大学出版社,1998 [4] 《计算机图形学教程》唐荣锡等编著. 科学出 版社出版,1992 5．网上学习
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10 教学与培训 目前，计算机辅助教学（CAI）正在改变着传统的 教学方式。CAI课件的使用，远程教育的实现，计算机 图形技术都在其中起着重要作用。计算机生成的各种模 型和图形被用作教学的辅助工具。有些方面的培训要设 计专门的系统，象飞行员、汽车驾驶员、大型设备操作 员和航空控制人员的实习和培训模拟系统就是这样一种 专用系统。
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在20世纪60年代，计算机图形学作为一个崭新的科学 分支得到确立和迅速发展。在70年代，由于计算机由昂贵 的大型机发展出了小型计算机及超级小型机，以及基于电 视技术的光栅扫描显示器的出现，这都极大地推动了计算 机图形学的发展，使构成计算机图形系统的价格降低，维 护使用也比较简单，是计算机图形技术进入实用化的阶段。 但是，直到20世纪80年代初，由于计算机硬软件都较昂贵， 限制了图形学的研究和普及应用。80年代以后，随着工程 工作站特别是微型计算机的出现，极大地促进了计算机图 形学的发展。80年代后期以来，微型计算机的性能迅速提 高，目前微机无论在主频、内存容量还是磁盘容量方面都 大大超过了六、七十年代相比之下极其昂贵的大型及小型 机。因此，微机已经成为计算机图形生成技术的主要处理 机，为计算机图形学研究和应用的高速发展创造了条件， 使计算机图形技术的研究与应用范围日益扩大。
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1.4 计算机图形学与图象处理
计算机图形学（Computer Graphics）和图象处理 （Image Processing）是计算机应用领域以各自独立形 式发展形成的两个分支学科，它们之间有一定的关系和 区别。它们共同之处就是计算机所处理的信息都是与图 有关的信息，但本质上却是不同的。 计算机图形学是研究根据给定的描述（如数学公式或 数据等）使用计算机通过算法和程序构造出图形来，如 直线，二次曲线面，自由曲线面的生成，图形变换，图 形消隐，真实图形生成方法等。 与此相反，图象处理是景物或图象的分析技术，它所 研究的是计算机图形学的逆过程。是利用计算机对原来 存在的物体映象进行分析处理，然后再现图象。图象信 息经过数字化后输入到计算机中按照不同的应用要求， 用计算机对数据作加工处理，如图象增强，图象分析与 识别，三维图象重建等。
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6 虚拟现实 虚拟现实(Virtual Reality，VR) 是一门近年来发展 十分迅速的计算机图形和图象应用技术。它是由计算机生 成图形和图象构成一个与客观世界十分相似的、逼真的虚 拟环境，同时由计算机把虚拟环境转换成视觉、听觉和其 它感觉信号, 并输出给用户，使用户产生身处真实场景中 的感觉。虚拟现实系统的重要特性是具有一种身临其境的 临场感。计算机场景的生动表现形式依赖于计算机图形的 效果，如精致的纹理图像等。 已开发的VR应用涉及从各种驾驶培训系统、娱乐游戏系统 到建筑学和商业规划等广泛的领域。许多应用中的虚拟世 界与现实世界十分类似, 如CAD和建筑造型。而另外的一 些应用则提供了现实世界不可能提供的更为方便的观察事 物的方法, 例如科学仿真和遥现系统，空中交通控制系统 等。
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9 计算机艺术 将计算机图形学与人工智能技术结合起来，可构造 出丰富多彩的艺术图象，为创作艺术和商品艺术的应 用开创了更广阔的前景。美术师可以使用各种计算机 方法，包括专用硬件，艺术家画笔程序及其它绘图软 件包和动画软件包来设计物体的外形及描述物体的运 动。
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1.3 计算机图形学的应用
目前，计算机图形技术已经渗透到各行各业，广泛 地用于多种领域，如科学、工程、医药、商业、工业、 政府部门、艺术、娱乐业、广告业、教育和培训等等。 1 计算机辅助及设计 计算机辅助设计（Computer Aided Design, CAD） 一直是计算机图形学重要的应用领域，使用图形生成 技术可以进行产品的元部件和系统设计，如飞机、汽 车、船舶、宇宙飞船、计算机、大规模集成电路、民 用建筑、服装等设计。使用人机交互的计算机辅助设 计系统，不但可以对产品和零部件进行外形设计，还 可以对它们的机械性能、电性能或受力分布情况等进 行分析计算。并且，还可以使用设计数据控制加工制 造工具完成部件和系统制作，即计算机辅助制造（CAM， Computer Aided Manufacture ） 和 CIMS （ Computer Integrated Manufacture System)。