香港大学计算机图形学课件Chapter1
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计算机图形学章节1PPT课件
60年代:MIT、Bell Lab、 通用汽车公司、剑 桥大学开展大规模的研究 。
60年代确立并得到发展
70年代进入技术实用化
但80年代初,图形学 依然是较小的学科,原 因是图形硬件设备十分昂贵,且基于图形的应用相 对较少。后来,情况发生了变化……
14
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
3
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
第一讲 计算机图形学概述
1.1 研究内容 1.2 发展历史 1.3 应用举例 1.4 当前研究动态
4
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
1.1 研究内容
?何谓图形 ?构成图形的要素 ?两种表示法 ?所研究的内容
5
Graphics Lab.PKU
图像生成(计算机图形学)
图像变换 (图像处理)
数
数
字
据
图
模
像
型
模型(特征)提取 (计算机视觉,模式识别)
模型变换 (计算几何)
.发展特点: 交叉、界线模糊、相互渗透
8
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
CAGD(Computer Aided Geometric Design)
几何形体在计算机中的表示,分析、研究怎样灵 活方便地建立几何形体的数学模型,提高算法效 率,在计算机内更好地存储和管理这些模型等。 研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。
硬件发展
图形显示器的发展
图形显示器是计算机图形学中关键的设备
60年代中期:画线显示器(亦称矢量显示器) 需要刷新。设备昂贵,限制普及
60年代后期:存储管式显示器 不需刷新,价格较低,缺点是不具有动态修
60年代确立并得到发展
70年代进入技术实用化
但80年代初,图形学 依然是较小的学科,原 因是图形硬件设备十分昂贵,且基于图形的应用相 对较少。后来,情况发生了变化……
14
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
3
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
第一讲 计算机图形学概述
1.1 研究内容 1.2 发展历史 1.3 应用举例 1.4 当前研究动态
4
Graphics Lab.PKU
2020/11/6
1.1 研究内容
?何谓图形 ?构成图形的要素 ?两种表示法 ?所研究的内容
5
Graphics Lab.PKU
图像生成(计算机图形学)
图像变换 (图像处理)
数
数
字
据
图
模
像
型
模型(特征)提取 (计算机视觉,模式识别)
模型变换 (计算几何)
.发展特点: 交叉、界线模糊、相互渗透
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Graphics Lab.PKU
2020/11/6
CAGD(Computer Aided Geometric Design)
几何形体在计算机中的表示,分析、研究怎样灵 活方便地建立几何形体的数学模型,提高算法效 率,在计算机内更好地存储和管理这些模型等。 研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。
硬件发展
图形显示器的发展
图形显示器是计算机图形学中关键的设备
60年代中期:画线显示器(亦称矢量显示器) 需要刷新。设备昂贵,限制普及
60年代后期:存储管式显示器 不需刷新,价格较低,缺点是不具有动态修
计算机图形学ppt课件 第一章计算机图形学基础知识-精选文档
● Quake III,“古墓丽影”,“侏罗纪公
园”、“皇帝的新衣”、完美风暴………
● MAYA, 3D-MAX, SOFTIMAGE
游戏
当前研究热点
当前研究热点
• 真实感图形实时绘制
物体网格模型的面片简化:对网格面片表示的模型, 在一定误差的精度范围内,删除点、边、面,从而 简化所绘制场景的复杂层度,加快图形绘制速度 基于图象的绘制(IBR,Image Based Rendering):完全摒弃传统的先建模,然后确定光 源的绘制的方法。它直接从一系列已知的图象中生 成未知视角的图象,适用于野外极其复杂场景的生 成和漫游
奥迪效果图和线框图
地形地貌和自然资源图 科学计算可视化(Scientific Visualization)
• 海量的数据使得人们对数据的分析和处理变得越来越 难,用图形来表示数据的迫切性与日俱增 • 1986年,美国科学基金会(NSF)专门召开了一次研 讨会,会上提出了“科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing)” • 科学计算可视化广泛应用于医学、流体力学、有限元 分析、气象分析当中 • 在医学领域,可视化有着广阔的发展前途
什么是计算机图形学? 定义:用计算机表示、生成、处理和显示图形对象的一门学科。 计算机图形学是计算机科学中,最为活跃、得到广泛应用的分支之一
图像处理:将客观世界中原来存在的物体的影像处理成新的数字化图 像的相关技术。 —研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像,如何对数字 图像做各种变换以方便处理, —如何滤去图像中的无用噪声,如何压缩图像数据以便存储和传输, 图像边缘提取,特征增强和提取。
香港大学计算机图形学ppt课件
➢Surfaces
5
➢Weather charts
6
➢ 2-d images from volume data
Ordinary X-ray image
Cross section X-ray image (tomography)
7
Magnetic resonance tomography images Ultrasound images
➢ Each lines consists of picture elements (pixels) numbered
from left to right
0 1 2 ...
0
➢ Dimensions of the screen
1 2
➢ SVGA(800 lines 600 pixels)
...
➢ XVGA(1024768)
8
➢ Graphical user interface
icons, frames, labels, fields, text-area, buttons, pop-up manuals,...
9
➢ Synthesizing images
10
➢ Virtual idol (Reiko Arisugawa)
➢ The beam moves regularly in the trails shown on the left.
22
➢ The picture seen on the screen is controlled by the changes of intensity and color along the movement of the beam
24ห้องสมุดไป่ตู้
计算机图形学第1章ppt课件
技术
计算机图 形学
计算机 视觉
试图从非图象形式 的数据描述来生成
(逼真的)图象
2020/9/23
图象信号
数字图象处理
旨在对图象进行各 种加工以改善图象
的视觉效果
12
1.2 计算机图形学的发展
1.2.1计算机图形学的确立
▪酝酿期(50年代)
1946年,第一台电子计算机的问世推动了许 多学科的发展和新学科的建立,其中就包括 现代图形学技术。
2020/9/23
16
▪ 普及期(80年代):
光栅图形CRT, PC, WS; 大量基于图像形的应用软件 出现
– 出现了带光栅图形显示器的个人计算机和工作站。 – 光线跟踪算法和辐射度算法的提出,标志着计算
机真实感图形学的算法已经日渐成熟。
▪ 提高增强期(90年代):
性能价格比的极大提高;标准化,集成化,智能化
2020/9/23
13
1950年,美国MIT用于空中防御系统研究的旋风1 号(Whirlwind I)计算机配备了阴极射线管(CRT)来显 示一些简单的图形,它标志着交互式图形技术的诞
生。
2020/9/23
14
▪萌芽期(60年代)
1962年,美国MIT林肯实验室的Ivan.E.Sutherland发 表了一篇题为"Sketchpad:第一个人-机通信的图形系 统 " 的 博 士 论 文 , 其 中 首 次 使 用 了 “ Computer Graphics”术语。
把点阵法描述的图形叫做图象(Image)
2020/9/23
9
1.1计算机图形学的研究内容
▪ 计算机图形学(Computer Graphics) 计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、
计算机图 形学
计算机 视觉
试图从非图象形式 的数据描述来生成
(逼真的)图象
2020/9/23
图象信号
数字图象处理
旨在对图象进行各 种加工以改善图象
的视觉效果
12
1.2 计算机图形学的发展
1.2.1计算机图形学的确立
▪酝酿期(50年代)
1946年,第一台电子计算机的问世推动了许 多学科的发展和新学科的建立,其中就包括 现代图形学技术。
2020/9/23
16
▪ 普及期(80年代):
光栅图形CRT, PC, WS; 大量基于图像形的应用软件 出现
– 出现了带光栅图形显示器的个人计算机和工作站。 – 光线跟踪算法和辐射度算法的提出,标志着计算
机真实感图形学的算法已经日渐成熟。
▪ 提高增强期(90年代):
性能价格比的极大提高;标准化,集成化,智能化
2020/9/23
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1950年,美国MIT用于空中防御系统研究的旋风1 号(Whirlwind I)计算机配备了阴极射线管(CRT)来显 示一些简单的图形,它标志着交互式图形技术的诞
生。
2020/9/23
14
▪萌芽期(60年代)
1962年,美国MIT林肯实验室的Ivan.E.Sutherland发 表了一篇题为"Sketchpad:第一个人-机通信的图形系 统 " 的 博 士 论 文 , 其 中 首 次 使 用 了 “ Computer Graphics”术语。
把点阵法描述的图形叫做图象(Image)
2020/9/23
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1.1计算机图形学的研究内容
▪ 计算机图形学(Computer Graphics) 计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、
计算机图形学课件 1第一、二章
象素(Pixel):光栅显示器或图像阵列中的每个点称为一个象素。
分辨率(Dimension):水平和垂直方向的像素数目。
2)液晶显示器
CRT显示器存在着体积大、有辐射的缺点。因此人们又推出了LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示器)。
TN型(Twisted Nematic,扭曲向列型)液晶显示器是最典型的液晶显示器。 TNT型(Thin Film Transistor,薄膜型晶体管)是常用的液晶显示器。
2)计算机图形学 见定义。
3)图像处理 输入和输出均为图像。例如平滑、锐化等。
客观世界 (对象模型)
计 算 机 图 形 学
计 算 机 视 觉
设备环境 (图形显示)
4)计算机视觉 分析和识别输入图像,并从中提取二维或三维的数 据模型或特征,再将其变换到抽象的描述
院(MIT)旋风I号(Whirlwind I)计算机的附件诞生 了。
50年代,计算机图形学主要应用于科学计算,为 计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形 学处于准备和酝酿时期,称之为:被动式图形学。
50年代末期,MIT第一次使用了具有指挥和控制功 能的CRT显示器,操作者可以用笔在屏幕上指出被确 定的目标,它预示着交互式计算机图形学的诞生。
例如:各种导航软件、地图软件等。
与其紧密相关的系统还有:GPS(Global Position System)、RS(remote sensing ),俗称3S。
第二章 计算机图形硬件系统
2.1图形系统的组成:
中央处理器
系统存储器
显显 示处理器数
示 主 芯
显 存
模 转 换
片
器
系统总线 输入/输出设备
根据屏幕上荧光点的 排列不同,控制栅格也就 不一样。
分辨率(Dimension):水平和垂直方向的像素数目。
2)液晶显示器
CRT显示器存在着体积大、有辐射的缺点。因此人们又推出了LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示器)。
TN型(Twisted Nematic,扭曲向列型)液晶显示器是最典型的液晶显示器。 TNT型(Thin Film Transistor,薄膜型晶体管)是常用的液晶显示器。
2)计算机图形学 见定义。
3)图像处理 输入和输出均为图像。例如平滑、锐化等。
客观世界 (对象模型)
计 算 机 图 形 学
计 算 机 视 觉
设备环境 (图形显示)
4)计算机视觉 分析和识别输入图像,并从中提取二维或三维的数 据模型或特征,再将其变换到抽象的描述
院(MIT)旋风I号(Whirlwind I)计算机的附件诞生 了。
50年代,计算机图形学主要应用于科学计算,为 计算机配置的图形设备仅具有输出功能。计算机图形 学处于准备和酝酿时期,称之为:被动式图形学。
50年代末期,MIT第一次使用了具有指挥和控制功 能的CRT显示器,操作者可以用笔在屏幕上指出被确 定的目标,它预示着交互式计算机图形学的诞生。
例如:各种导航软件、地图软件等。
与其紧密相关的系统还有:GPS(Global Position System)、RS(remote sensing ),俗称3S。
第二章 计算机图形硬件系统
2.1图形系统的组成:
中央处理器
系统存储器
显显 示处理器数
示 主 芯
显 存
模 转 换
片
器
系统总线 输入/输出设备
根据屏幕上荧光点的 排列不同,控制栅格也就 不一样。
《计算机图形学》课件
04
光照模型与阴影生成算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现实和 电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体 的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理 压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现 实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作 。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色,提供沉浸式 的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现,帮助人们理 解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境,实现人机交互,增强现实 感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据,通常 用于表示真实世界或模拟的视觉信息 。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示,为观众提供沉浸式的 观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理,将三维物体以全息图像 的形式呈现出来,使观众能够从不同角度观察到物体的立体 形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性 的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合,提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度(或 明度)来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道 。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值 来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布 和强度,以达到特定的
视觉效果。
图像分割
光照模型与阴影生成算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现实和 电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体 的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理 压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛,例如在游戏开发、虚拟现 实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作 。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色,提供沉浸式 的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现,帮助人们理 解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境,实现人机交互,增强现实 感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据,通常 用于表示真实世界或模拟的视觉信息 。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示,为观众提供沉浸式的 观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理,将三维物体以全息图像 的形式呈现出来,使观众能够从不同角度观察到物体的立体 形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性 的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合,提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度(或 明度)来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道 。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值 来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布 和强度,以达到特定的
视觉效果。
图像分割
计算机图形学ppt(共49张PPT)
实现自动化、智能化的 加工和生产。
应用领域
广泛应用于机械、电子、建筑、汽车等制造业领域。
计算机游戏设计与开发
游戏引擎
基于计算机图形学技术构建游戏引擎, 实现游戏场景、角色、特效等的渲染 和交互。
应用领域
广泛应用于娱乐、教育、军事模拟等 领域。
游戏设计
利用计算机图形学技术进行游戏关卡、 任务、角色等的设计,提高游戏的可 玩性和趣味性。
纹理映射与表面细节处理
纹理坐标
定义物体表面上的点与纹理图像上的点之间 的映射关系。
Mipmapping
使用多级渐远纹理来减少纹理采样时的走样 现象。
Bump Mapping
通过扰动表面法线来模拟表面凹凸不平的细 节。
Displacement Mapping
根据高度图调整顶点位置,实现更真实的表 面细节。
透明度与半透明处理
Alpha Blending
通过混合像素的颜色和背景颜 色来实现透明度效果。
Order-Independent Transparency
一种解决透明物体渲染顺序问 题的方法,可以实现正确的透 明效果叠加。
Depth Peeling
通过多次渲染场景,每次剥离 一层深度,来实现半透明物体 的正确渲染。
如中点画圆算法,利用圆 的八对称性,通过计算决 策参数来生成圆。
多边形的生成算法
如扫描线填充算法,通过 扫描多边形并计算交点来 生成多边形。
二维图形的变换与裁剪
二维图形的变换
包括平移(Translation)、旋转(Rotation)、 缩放(Scaling)等变换,可以通过变换矩阵来实 现。
二维图形的裁剪
后期制作
在影视制作后期,利用计算机图形学技术进行颜色校正、合成、剪 辑等处理,提高影片质量。
应用领域
广泛应用于机械、电子、建筑、汽车等制造业领域。
计算机游戏设计与开发
游戏引擎
基于计算机图形学技术构建游戏引擎, 实现游戏场景、角色、特效等的渲染 和交互。
应用领域
广泛应用于娱乐、教育、军事模拟等 领域。
游戏设计
利用计算机图形学技术进行游戏关卡、 任务、角色等的设计,提高游戏的可 玩性和趣味性。
纹理映射与表面细节处理
纹理坐标
定义物体表面上的点与纹理图像上的点之间 的映射关系。
Mipmapping
使用多级渐远纹理来减少纹理采样时的走样 现象。
Bump Mapping
通过扰动表面法线来模拟表面凹凸不平的细 节。
Displacement Mapping
根据高度图调整顶点位置,实现更真实的表 面细节。
透明度与半透明处理
Alpha Blending
通过混合像素的颜色和背景颜 色来实现透明度效果。
Order-Independent Transparency
一种解决透明物体渲染顺序问 题的方法,可以实现正确的透 明效果叠加。
Depth Peeling
通过多次渲染场景,每次剥离 一层深度,来实现半透明物体 的正确渲染。
如中点画圆算法,利用圆 的八对称性,通过计算决 策参数来生成圆。
多边形的生成算法
如扫描线填充算法,通过 扫描多边形并计算交点来 生成多边形。
二维图形的变换与裁剪
二维图形的变换
包括平移(Translation)、旋转(Rotation)、 缩放(Scaling)等变换,可以通过变换矩阵来实 现。
二维图形的裁剪
后期制作
在影视制作后期,利用计算机图形学技术进行颜色校正、合成、剪 辑等处理,提高影片质量。
计算机图形学讲义课件第一章
Electronic Publication
随着微型计算机及桌上印刷设备的发展, 计算机图形学及人机交互技术在办公自 动化及电子出版系统中得到广泛的应用。 昔日需要提交给专门的印刷机构出版的 资料,现在可以在办公室内印刷了,办 公自动化及电子出版系统可以产生传统 的硬拷贝文本,也可以产生电子文本, 包括正文、表格、图形及图象等内容。
路径探索
数字地球图片
HCI
HCI是设计、评估和执行交互计算机系统以及研 究由此而发生的相关现象的 HCI是未来的计算机科学。我们已经花费了至少 50年的时间来学习如何制造计算机以及如何编 写计算机程序。下一个新领域自然是让计算机 服务并适应于人类的需要,而不是强迫人类去 适应计算机。 ----Dan R. Olsen(CMU)
断 路 器 操 作 盘
远 程 控 制 界 面
医疗卫生方面
图形用户界面
介于人与计算机之间,人与机器的通信,人机界面 (HCI):软件+硬件 发展:由指示灯和机械开关组成的操纵界面→由终端 和键盘组成的字符界面(80年代)→由多种输入设备 和光栅图形显示设备构成的图形用户界面(GUI), (90年代)PC,工作站,WIMP(W-windows、I-icons、 M-menu、P-pointing devices)界面,所见即所得→VR 技术(发展方向)
CAD/CAM
图形学的主要应用领域之一 建筑、机械结构和产品设计(结构分析和外形设计)、布局(各 种管道,电子线路) AutoCAD, SolidWorks, Pro/E, UG, CATIA 实例 需要用户绘制出对象的精确图形
计算机辅助设计软件
由计算机构造对象的线框图模型
实例:已绘制的图形如下
小结:概念与术语
计算机图形学课件一
计算机图形学
Figure 2-34 33
图形监视器与工作站
图2-35给出了一个应用于空中交通控 制、医学成像处理及CAD等领域的高 级图形监视器。
一种称为MediaWall的多屏幕系统如 图2.36所示。
图 2-35
计算机图形学
34
输入设备
有多种设备用于图形工作站的数据输入:
➢键盘 ➢鼠标 ➢跟踪球和空间球 ➢操纵杆 ➢数据手套 ➢数字化仪 ➢图像扫描仪 ➢触摸板 ➢光笔 ➢声音系统
计算机图形学
图 2-25 26
视频控制器
该图给出了常用的光栅系 统组织。帧缓冲器使用系 统存储器的固定区域且由 视频控制器直接访问。
图 2-26
计算机图形学
27
视频控制器
帧缓冲器的位置以及相应 的屏幕位置均使用笛卡儿 坐标。许多图形监视器将 坐标原点定义在屏幕的左 下角。屏幕表面则表示二 维系统的第一象限,正x 的值向右递增,正y的值 从下到上递增。
计算机图形学
17
平板显示器
第三类发射设备是发光二极管(LED,light-emitting diode)。二级管以矩阵排列形成显示器的像素位置, 并且图形的定义存储在刷新缓冲器中液晶显示器LCD (Liquidcrystal displays) : 通 常 用于小型系统。这些非 发射设备生成图形的原 理是,通过能阻塞或传 递光的液晶材料,传递 来自周围的或内部光源 的偏振光。
隔行(interlaced)刷新方式:在某些光栅扫描系统中,采用了隔行 (interlaced)刷新方式分两次显示每帧。这种方式的隔行扫描使 得在逐行扫描所需时间的一半时,就能看到整个屏幕显示。这是避 免闪烁且提供相邻扫描线包含类似的显示信息的有效技术。
精品课件-计算机图形学-第1章 计算机图形学概述
第 1 章 计算机图形学概述
计算机图形系统由硬件和软件两部分组成。 计算机图形系统的基本物理设备统称为硬件, 它包括主 机及大容量外存储器、 显示处理器、 图形输出和图形 输入设备。 其中图形显示器、 打印机、 绘图机、 键 盘、 数字化仪和光笔等供系统配置时由用户选用。 单 主机模式的计算机图形系统的硬件组成如图1.2所示。
1.3 计算机图形学的发展
1.3.1 计算机图形学的发展简史 自20世纪50年代以来, 计算机图形学的发展
历程经历了50多年。 根据其发展的特点, 这50年可以分 为酝酿期 (50年代)、 萌芽期 (60年代)、 发展期 (70 年代)、 普及期 (80年代)和提高增强期 (90年代)等五 个阶段。
第 1 章 计算机图形学概述
图 1.4 三维物体输出流水线图
第 1 章 计算机图形学概述
1.1.2 计算机图形学的主要研究内容 除了理论和方法已经非常成熟的基本图形元素
生成算法(也叫光栅图形学)和图形变换的内容之外, 计 算机图形学的主要内容还有造型技术、 真实感图形生成 及人机交互技术等三部分。
第 1 章 计算机图形学概述
2) 参数法 参数法用图形的形状参数和属性参数来表示 图形。 形状参数指的是描述图形的方程或分析表达式的 系数、 线段和多边形的端点坐标等。 属性参数则包括 颜色、 线型等。
第 1 章 计算机图形学概述
4. 计算机图形系统的概念 1) 计算机图形系统的组成 计算机图形系统是为了支持图形应用程序便 于实现图形的输入、 处理、 输出而设计的计算机硬件 和软件的组合体。 没有绘图系统的支撑, 就会使图形应 用程序的编写极为困难, 计算机图形学潜在的用途也难 以开发。
第 1 章 计算机图形学概述
计算机图形学第一讲课程介绍精品PPT课件
课程内容介绍
1 Graphics Systems and Models - Overview of the field - Image formation as cameras - Modeling-Rendering Paradigm
2 Graphics Programming - Introduction to programming with OpenGL
如何查找资料Βιβλιοθήκη • 北大图书馆数据库 • IEEE • Web of Science • ACM
计算机图形学讲义-1
计算机图形学
更新时间*
计算机图形学讲义-1
课程介绍
计算机图形学:用计算机构造和显示图形。 计算机图形学研究利用计算机产生图形和 显示图形,它包括对要产生图形的物体的 描述(建模或几何描述),对图形数据的 管理和操作(数据结构和图形变换),图 形的生成,显示和输出。在交互式的图形 系统中,还包括研究图形的输入和图形操 作的人机接口。 [HB]
计算机图形学讲义-1
• 编程技能:C,或C++语言,或其它语 言。以C语言为主。
• 本课程将使用OpenGL图形库,同学可使 用任何语言来调用OpenGL的函数完成作 业。例子均采用glut,将讲解如何使用 glut来编写OpenGL的程序以及在 Windows环境下如何编译程序。
计算机图形学讲义-1
[EA] 为教材和参考文献索引,以下同此。
计算机图形学讲义-1
参考书
• [F1] J. D. Foley, A. van Dam: Introduction to Computer Graphics,机械工业出版社,2004年影 印版。
• [F2] J. D. Foley, A. van Dam, S. K. Feiner and J. F. Hughes, Computer Graphics, principles and practice.机械工业出版社,2002年影印版。
1 Graphics Systems and Models - Overview of the field - Image formation as cameras - Modeling-Rendering Paradigm
2 Graphics Programming - Introduction to programming with OpenGL
如何查找资料Βιβλιοθήκη • 北大图书馆数据库 • IEEE • Web of Science • ACM
计算机图形学讲义-1
计算机图形学
更新时间*
计算机图形学讲义-1
课程介绍
计算机图形学:用计算机构造和显示图形。 计算机图形学研究利用计算机产生图形和 显示图形,它包括对要产生图形的物体的 描述(建模或几何描述),对图形数据的 管理和操作(数据结构和图形变换),图 形的生成,显示和输出。在交互式的图形 系统中,还包括研究图形的输入和图形操 作的人机接口。 [HB]
计算机图形学讲义-1
• 编程技能:C,或C++语言,或其它语 言。以C语言为主。
• 本课程将使用OpenGL图形库,同学可使 用任何语言来调用OpenGL的函数完成作 业。例子均采用glut,将讲解如何使用 glut来编写OpenGL的程序以及在 Windows环境下如何编译程序。
计算机图形学讲义-1
[EA] 为教材和参考文献索引,以下同此。
计算机图形学讲义-1
参考书
• [F1] J. D. Foley, A. van Dam: Introduction to Computer Graphics,机械工业出版社,2004年影 印版。
• [F2] J. D. Foley, A. van Dam, S. K. Feiner and J. F. Hughes, Computer Graphics, principles and practice.机械工业出版社,2002年影印版。
计算机图形学第一章基本知识 ppt课件
• 基于物理的造型技术 。模型及模型间的关系 相当复杂,不仅有静态的、而且有动态的 , 模型就可以由物体的运动规律自动产生
造型技术的发展
• 不规则形体是不能用欧氏几何加以定义的,例如、 山、水、树、草、云、烟、火以及自然界中丰富 多彩的物体
• 造型大多采用过程式模拟,即用一个简单的模型 及少量的易于调用的参数来表示一大类物体
1.1.2 计算机图形学的研究内容
•有关图形的算法:
(1) 基于图形设备的基本图形元素的生成算法,如 用光栅图形显示器生成直线、圆弧、二次曲线、 封闭边界内的图案填充等。
(2) 图形元素的几何变换,即对图形的平移、放大、 缩小、旋转、镜像等操作。
(3) 自由曲线和曲面的插值、拟合、拼接、分解、 过渡、光顺、整体和局部修改等。
• 重点难点:图形、图像的区别,实际应用 • 学习指南:要充分理解图形图像的区别,
观摩典型的图形软件、图像处理软件。
1.1 概述
1.1.1计算机图形学的概念
• Computer Graphics • 国际标准化组织(ISO)定义为:计算机图形
学是研究通过计算机将数据转换为图形,并 在专门显示设备上显示的原理、方法和技术 的学科。 • 它是建立在传统的图学理论、应用数学及计 算机科学基础上的一门边缘学科。
图形工作站(Apollo,Sun,Hp)
九十年代至今
微机,交叉学科(多媒体等)
计算机图形学的发展动向之一
造型技术的发展
• 构造几何模型的理论、方法和技术 ,是计算 机辅助设计的核心技术之一,非均匀有理B样 条,规则形体造型和不规则形体造型
• 特征造型技术 ,它将特征作为产品描述的基 本单元,并将产品描述成特征的集合
• 也称为数据放大技术
造型技术的发展
• 不规则形体是不能用欧氏几何加以定义的,例如、 山、水、树、草、云、烟、火以及自然界中丰富 多彩的物体
• 造型大多采用过程式模拟,即用一个简单的模型 及少量的易于调用的参数来表示一大类物体
1.1.2 计算机图形学的研究内容
•有关图形的算法:
(1) 基于图形设备的基本图形元素的生成算法,如 用光栅图形显示器生成直线、圆弧、二次曲线、 封闭边界内的图案填充等。
(2) 图形元素的几何变换,即对图形的平移、放大、 缩小、旋转、镜像等操作。
(3) 自由曲线和曲面的插值、拟合、拼接、分解、 过渡、光顺、整体和局部修改等。
• 重点难点:图形、图像的区别,实际应用 • 学习指南:要充分理解图形图像的区别,
观摩典型的图形软件、图像处理软件。
1.1 概述
1.1.1计算机图形学的概念
• Computer Graphics • 国际标准化组织(ISO)定义为:计算机图形
学是研究通过计算机将数据转换为图形,并 在专门显示设备上显示的原理、方法和技术 的学科。 • 它是建立在传统的图学理论、应用数学及计 算机科学基础上的一门边缘学科。
图形工作站(Apollo,Sun,Hp)
九十年代至今
微机,交叉学科(多媒体等)
计算机图形学的发展动向之一
造型技术的发展
• 构造几何模型的理论、方法和技术 ,是计算 机辅助设计的核心技术之一,非均匀有理B样 条,规则形体造型和不规则形体造型
• 特征造型技术 ,它将特征作为产品描述的基 本单元,并将产品描述成特征的集合
• 也称为数据放大技术
香港大学计算机图形学课件Chapter1
CPU
Video Controller
Frame buffer
Display processor
Monitor
System bus
System memory
Peripheral devices
28
Printers
Laser printers
use laser beam to create a charge distribution on a drum coated with a photoelectric material. Toner is applied to the drum and then transferred to paper. To produce a color copy, the process is repeated three times for red, green and blue colors.
Surfaces
5
Weather charts
6
2-d images from volume data
Ordinary X-ray image
Cross section X-ray image (tomography)
7
Magnetic resonance tomography images Ultrasound images
the rate of cursor movement
depends on the displacement
of the stick
30
Scanners Touch-screen monitors
electronic/optical allow screen positions to be selected low resolution
Video Controller
Frame buffer
Display processor
Monitor
System bus
System memory
Peripheral devices
28
Printers
Laser printers
use laser beam to create a charge distribution on a drum coated with a photoelectric material. Toner is applied to the drum and then transferred to paper. To produce a color copy, the process is repeated three times for red, green and blue colors.
Surfaces
5
Weather charts
6
2-d images from volume data
Ordinary X-ray image
Cross section X-ray image (tomography)
7
Magnetic resonance tomography images Ultrasound images
the rate of cursor movement
depends on the displacement
of the stick
30
Scanners Touch-screen monitors
electronic/optical allow screen positions to be selected low resolution
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29
Interactive Input Devices
Keyboard Mouse Tablet/stylus
consist of a flat drawing board and a pen electromagnetic high resolution
Joystick
provides true 3-d scenes and interactions
Head-mounted display (HMD) A system for tracking the position of HMD Data glove
18
Computer-Aided-Design interactively design and modify objects
27
A graphics system with a display processor
(Section 4.3 of Foley, van Dam)
Video Controller Frame buffer
Monitor
CPU
Display processor
System bus
System memory
9
Synthesizing images
10
Virtual idol (Reiko Arisugawa)
11
Ray tracing images
12
13
14
Animation films
15
Games
16
Flight simulators
17
Virtual reality
(0,0.7)
Reading Assignment
Interactive Com. Gra. Chapters 1 and 2
(-0.7,-0.7) (0.7,-0.7)
OpenGL: A Primer Chapters 1 and 2
34
void display() { glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT); // Clear the frame buffer glColor3f( 0.0, 1.0, 0.0); glBegin( GL_POLYGON); glVertex2f( -0.7, -0.7); glVertex2f( 0.7, -0.7); glVertex2f( 0, 0.7); glEnd(); // Set current color to green // Draw the triangle
The beam moves regularly in the trails shown on the left.
22
The picture seen on the screen is controlled by the changes of intensity and color along the movement of the beam
Polarizers
Light passes through
Light is blocked
26
References: /sc/library/lcd_e/s2_1_1e.htm
Architecture of a simple display system
19
Computer Art
20
Cathode-ray tube display (CRT)
21
The focus, position and movement of the beam are controlled by the electric fields generated by the deflection plates When the beam hits the phosphor on the screen, the phosphor lights up but its intensity decays very fast. Nonetheless, the image retains in the retinas of our eyes for about 1/20 sec.
Color CRT (3 guns: Red, Green and Blue)
1 pixel
25
Liquid Crystal Display (LCD)
The basic unit is a small device that twist the polarization of light 90o. But the twisting can be turned off when a voltage is applied. By adding two polarized planes with orthogonal orientations in both ends, this device can serve as a switch that controls whether light can pass through or not.
Ink-Jet printers
spray electrically charged ink on paper ink stream is deflected by electric field multiple jets of different color ink can shot simultaneously for producing color drawings
Ordinary X-ray image
Cross section X-ray image (tomography)
7
Magnetic resonance tomography images
Ultrasound images
8
Graphical user interface
icons, frames, labels, fields, text-area, buttons, pop-up manuals,...
Display card
cpu
Frame Buffer (Raster)
Video Controller
Monitor
Frame buffer size For XVGA, altogether 31024768 2.4 Mbytes Since there are other buffers and overhead, a typical display card may contains 4 to 32 Mbytes RAM. Video controller cycles through the frame buffer to refresh the screen 30 - 120 times per seconds.
4
Curves
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97
Surfaces
5
Weather charts
6
2-d images from volume data
Chapter 1 Introduction to Computer Graphics
“One picture is better than a thousand words” Vision is the most important sense of humans
A significant portion of a human brain processes visual information Our vision is by far better than most of other animals’
the rate of cursor movement depends on the displacement of the stick
30
Scanners Touch-screen monitors
electronic/optical allow screen positions to be selected low resolution
Peripheral devices
28
Printers
Laser printers
use laser beam to create a charge distribution on a drum coated with a photoelectric material. Toner is applied to the drum and then transferred to paper. To produce a color copy, the process is repeated three times for red, green and blue colors.
1
Overview
Applications
Output devices: CRT, LCD
Interactive input devices: keyboard, mouse, tablet/stylus, joysticks, Touch-screen monitors Computer graphics systems Introduction to OpenGL
31
3D handheld laser scanning digitizer
Long Range Laser Scanning
32
Motion Tracking sensors
Motion
33
OpenGL programming
OpenGL ( gl ) is a common graphics library which provides functions for drawings and interactive input. OpenGL is accessible via C++ programs The Visual C++ platform is used for program development in this course A function that draws a green triangle Green Triangle
Interactive Input Devices
Keyboard Mouse Tablet/stylus
consist of a flat drawing board and a pen electromagnetic high resolution
Joystick
provides true 3-d scenes and interactions
Head-mounted display (HMD) A system for tracking the position of HMD Data glove
18
Computer-Aided-Design interactively design and modify objects
27
A graphics system with a display processor
(Section 4.3 of Foley, van Dam)
Video Controller Frame buffer
Monitor
CPU
Display processor
System bus
System memory
9
Synthesizing images
10
Virtual idol (Reiko Arisugawa)
11
Ray tracing images
12
13
14
Animation films
15
Games
16
Flight simulators
17
Virtual reality
(0,0.7)
Reading Assignment
Interactive Com. Gra. Chapters 1 and 2
(-0.7,-0.7) (0.7,-0.7)
OpenGL: A Primer Chapters 1 and 2
34
void display() { glClear( GL_COLOR_BUFFER_BIT); // Clear the frame buffer glColor3f( 0.0, 1.0, 0.0); glBegin( GL_POLYGON); glVertex2f( -0.7, -0.7); glVertex2f( 0.7, -0.7); glVertex2f( 0, 0.7); glEnd(); // Set current color to green // Draw the triangle
The beam moves regularly in the trails shown on the left.
22
The picture seen on the screen is controlled by the changes of intensity and color along the movement of the beam
Polarizers
Light passes through
Light is blocked
26
References: /sc/library/lcd_e/s2_1_1e.htm
Architecture of a simple display system
19
Computer Art
20
Cathode-ray tube display (CRT)
21
The focus, position and movement of the beam are controlled by the electric fields generated by the deflection plates When the beam hits the phosphor on the screen, the phosphor lights up but its intensity decays very fast. Nonetheless, the image retains in the retinas of our eyes for about 1/20 sec.
Color CRT (3 guns: Red, Green and Blue)
1 pixel
25
Liquid Crystal Display (LCD)
The basic unit is a small device that twist the polarization of light 90o. But the twisting can be turned off when a voltage is applied. By adding two polarized planes with orthogonal orientations in both ends, this device can serve as a switch that controls whether light can pass through or not.
Ink-Jet printers
spray electrically charged ink on paper ink stream is deflected by electric field multiple jets of different color ink can shot simultaneously for producing color drawings
Ordinary X-ray image
Cross section X-ray image (tomography)
7
Magnetic resonance tomography images
Ultrasound images
8
Graphical user interface
icons, frames, labels, fields, text-area, buttons, pop-up manuals,...
Display card
cpu
Frame Buffer (Raster)
Video Controller
Monitor
Frame buffer size For XVGA, altogether 31024768 2.4 Mbytes Since there are other buffers and overhead, a typical display card may contains 4 to 32 Mbytes RAM. Video controller cycles through the frame buffer to refresh the screen 30 - 120 times per seconds.
4
Curves
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97
Surfaces
5
Weather charts
6
2-d images from volume data
Chapter 1 Introduction to Computer Graphics
“One picture is better than a thousand words” Vision is the most important sense of humans
A significant portion of a human brain processes visual information Our vision is by far better than most of other animals’
the rate of cursor movement depends on the displacement of the stick
30
Scanners Touch-screen monitors
electronic/optical allow screen positions to be selected low resolution
Peripheral devices
28
Printers
Laser printers
use laser beam to create a charge distribution on a drum coated with a photoelectric material. Toner is applied to the drum and then transferred to paper. To produce a color copy, the process is repeated three times for red, green and blue colors.
1
Overview
Applications
Output devices: CRT, LCD
Interactive input devices: keyboard, mouse, tablet/stylus, joysticks, Touch-screen monitors Computer graphics systems Introduction to OpenGL
31
3D handheld laser scanning digitizer
Long Range Laser Scanning
32
Motion Tracking sensors
Motion
33
OpenGL programming
OpenGL ( gl ) is a common graphics library which provides functions for drawings and interactive input. OpenGL is accessible via C++ programs The Visual C++ platform is used for program development in this course A function that draws a green triangle Green Triangle