第1章+图形设备、系统和应用
第1章 绪论
室博士论文——sketchpad：ManMachine Graphical Communication System) 1964年：IBM2250显示器——第一代刷新式随机扫 描图形终端； 1970年——至今：光栅图形显示器的诞生。
2. 交互式绘图
(Interactive Draft)
3. 计算机辅助设计/制造
(CAD/M,Computer Aided Design/Manufacturing)
4. 艺术与娱乐
(Art & Amusement)
5. 模拟与仿真
(Emulation & Simulation)
6. 计算机辅助教学
研究的对象是图形。
3. 图形的定义
从客观世界中抽象出来的带有颜色 和形状信息的图和形。
1.1 计算机图形学的概念及研究内容
4. 图形分类
1）线条式——用线段来表现图形。适合于 反映客观实体的内部结构，因而适合表示各类 如工程技术中的结构图。如，机械零件结构图、 地形图、土木设计中的房屋结构图、平面图布 置图和剖面图。
1.2 计算机图形学的发展
2)输入设备： 光笔、鼠标、操纵杆、跟踪球、输入板、坐标数字化 仪、触摸屏。
1.2 计算机图形学的发展
2. 软件的发展
1）计算机图形学软件种类(3类) （1类）——用现有的高级程序设计语言写成的 软件包。
用户使用时按照相应计算机语言的规定调 用所需要的子程序生成各种图形。较为广泛使 用的图形标准化程序包：GKS、PHIGS、GL。 便于移植但执、行速度效率较低。
1.1 计算机图形学的概念及研究内容
图像处理——则是用摄像或扫描仪等观测手段将客 观世界中原来存在的景物摄制成数字化图像，对图 像进行分析和处理，理解图像的内涵，进而从图像 中提取所关注的景物的二维和三维信息。如：卫星 遥感中的资源探测、气象预报中的云图和海图处理、 人体的CT扫描、工业中的射线探伤、进项图谱分析 等。
第1章 计算机基础知识
1.1.3 计算机的分类
1、按规模和综合性能指标分类 1) 巨型机：运算速度快，可达到数百亿次/秒。处理能力最强：航天、
气象等尖端领域。我国的“银河”、“神威”和“曙光” 等
2)大型机：运算速度在100万～几千万次/秒，大型、通用、速度较快、
1.2.1 计算机的基本结构
1．冯·诺依曼型计算机的基本结构 1945年美籍匈牙利科学家冯·诺依曼(Von Neumann)提
出了一个“存储程序”的计算机方案。这个方案包含3个 要点：
⑴采用二进制数的形式表示数据和指令。
⑵将指令和数据存放在存储器中。
⑶计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输 出设备5大部分组成。
随机存储器 （RAM）
计
内存储器 （内存）
算 机
外存储器（外存）
只读存储器 （ROM） 软盘
硬盘
系
光盘
统
键盘
外设
结
输入
图
显示器、投影机
输出设备（Output）
打印机
微机计算机系统
操作系统
绘图仪
语言处理程序
数据库管理系统
网络通信管理程序
系统软件 应用软件 软件系统
应用软件包 用户程序
几种类型的CPU（奔腾4、赛扬D、AMD）
Pentium 4 506+ 2.66G 接口类型：LGA 775
CPU主频：2.66 针脚数（Pin）：775
CPU外频： 制作工艺：0.09微米 二级缓存容量：1M CPU类型：台式机
64位技术：支持
Celeron D 346 3.06G 接口类型：LGA 775
图形驱动程序全资料4
第4卷图形驱动程序设计指南第1部分图形驱动程序第2部分显示器及视频微端口驱动程序第3部分打印机驱动程序及假脱机打印部件第1部分图形驱动程序第1章图形系统概述第2章 GDI支持的图形驱动程序第3章对DDI的支持第1章图形系统概述Microsoft Windows NT®/Windows 2000提供了一个健壮的图形体系结构，使第三方图形硬件公司能很容易地集成其视频显示器和打印设备。
本书为编写有效的图形驱动程序提供了设计指南。
可分为以下几个部分：▪Part 1：图形驱动程序Part 1描述了图形驱动程序接口（GDI）和设备驱动程序接口（DDI），讨论了显示器和打印机驱动程序公共的设计和实现细节。
▪Part 2：显示器和视频微端口驱动程序Part 2描述了Windows NT/Windows 2000的视频显示器环境，为显示器和视频微端口驱动程序编写者提供了设计和实现细节。
▪Part 3：打印机驱动程序和假脱机打印部件Part 3描述了构成Windows NT/Windows 2000打印环境的驱动程序和假脱机打印部件，解释了如何提供驱动程序和假脱机打印部件的定制，以提供对新的打印机硬件和网络配置的支持。
▪Part 4：静态映像驱动程序Part 4可以在在线DDK上找到，描述了用Microsoft静态映像体系结构（Microsoft STI）定义的COM接口，这对提供平板扫描仪和数字静态映像相机这些静态映像硬件的供应商是有用的。
图形驱动程序的术语表，在在线DDK上Design Guide的结尾可以找到，对图形子系统和驱动程序设计定义了详细的术语和缩略语。
图形驱动程序函数参考可以在在线DDK的Graphics Driver Reference中找到。
1.1 文档约定本书使用的字体约定和所有其他的Microsoft Windows® 2000 DDK书中的约定是一样的。
这些约定在驱动程序编写者指南中描述。
计算机图形学孙家广第三版第1章
1.3 计算机图形学的应用及研究前沿
计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）
CAD/CAM是计算机图形学在工业界最广泛、 最活跃的应用领域
飞机、汽车、船舶的外形的设计 发电厂、化工厂等的布局 土木工程、建筑物的设计 电子线路、电子器件的设计 设计结果直接送至后续工艺进行加工处理，如波 音777飞机的设计和加工过程
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柱面和球面显示器点距定义示意图
LCD显示器
CRT固有的物理结构限制了它向更广的显示领 域发展
屏幕的加大必然导致显象管的加长，显示器的体 积必然要加大，在使用时候就会受到空间的限 制 CRT显示器是利用电子枪发射电子束来产生图像， 容易受电磁波干扰
中国国画与书法的生成
GeorgLeabharlann s Winkenb1ach绘制的壶和碗 (Siggraph’96)
Salisbury绘制的茶壶(Siggraph’97)
Salisbury绘制的熊(Siggraph’97)
Oliver Deussen绘制的素描树 (Siggraph’2000)
1.4 图形设备
20世纪70年代
光栅图形学迅速发展
区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念、及其相 应算法纷纷诞生
图形软件标准化
1974年，ACM SIGGRAPH的与“与机器无关的图 形技术”的工作会议 ACM成立图形标准化委员会，制定“核心图形系 统”（Core Graphics System） ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS
基于工程图纸的三维形体重建
定义：从二维信息中提取三维信息，通过对这些 信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空 间中重新构造出二维信息所对应的三维形体， 恢复形体的点、线、面及其拓扑关系，从而实 现形体的重建 优势：可以做装配件的干涉检查、以及有限元分 析、仿真、加工等后续操作，代表CAD技术的 发展方向
第一章 计算机系统概论
1．2．1 计算机硬件 ． ．
1．运算器 ． 用于信息加工的部件，又称执行部件。它对数据信息进行算术运算 和逻辑运算。它由算术逻辑部件 ALU 和一系列寄存器组成。 算术运算指加、减、乘、除和其他复合运算，逻辑运算指与、或、 非、异或、比较、移位。 运算器包含多个寄存器，称为通用寄存器组，使用它们可减少访问 存储器的次数，提高运算速度。寄存器用于存放运行指令和运算操作 数，累加器除了存放运算操作数外，还存放中间结果和最终结果。 计算机采用二进制计数。二进制 二进制的运算规律非常简单，易于用物 二进制 易于用物 理的方式实现。 理的方式实现 二进制数的位数越多，计算精度就越高，但是位数越多，所需的电 子器件也越多。计算机运算器的运算宽度（ 机器字长 ） 通常为 8×2n 计算机运算器的运算宽度（机器字长） 计算机运算器的运算宽度 × （n 为自然数，目前最大为 3），即 8 位、16 位、32 位或 64 位。 即
9
1．2．1 计算机硬件 ． ．
指令和数据均以二进制信息形式存放在内存，按读取时间和存放 空间区分。取指周期中从内存中读出的信息流是指令流，它流向控制 取指周期中从内存中读出的信息流是指令流， 取指周期中从内存中读出的信息流是指令流 执行周期中从内存中读出的信息流是数据流 它流向运算器。 数据流， 器；执行周期中从内存中读出的信息流是数据流，它流向运算器 3．存储器 ． 存放程序和数据。分为若干个带地址的存储单元，数据以二进制 方式按地址存储。 读写过程：传送存储单元地址 → 地址译码器译码 → 选中存储单 元 → 从存储单元读出数据或向存储单元写入数据。 主板上的存储器为半导体触发器，每一个存储元（触发器）可存 储一位二进制信息。一个半导体触发器的 Q 输出端有两种电平状态， 输出高电平为 “1”，输出低电平为 “0”，通过输入端电平和时钟的控 制可改变触发器的输出状态，分别输出 “1” 或 “0”。
CADCAM技术概论1
1.2.3 CAD/CAM系统选择原则
3．软件选用原则
（1）软件性能价格比 （2）与硬件匹配性 （3）开放性 （4）可靠性 （5）二次开发能力与环境
思考题
3.简要说明CAD/CAM系统的基本组成。
4.
在建立CAD/CAM系统时应考虑哪些问题？
CAD/CAM系统软件选用原则
5.
第1章第2节 完
1.2.3
1.2.1 CAD/CAM的硬件
1．
主机 主机是计算机硬件的核心。主机的类型 及性能在很大程度上决定着CAD/CAM系统的 使用性能。主机由中央处理器(CPU)和内存 储器组成。
1.2.1 CAD/CAM的硬件
2．
外存储器 由于CAD/CAM系统要处理大量的信息， 因此需要配置大容量的外存储器。目前常用 的外存储器主要有硬盘、软盘、光盘等，其 中硬盘、软盘属于磁存储器，光盘属于光存 储器。
1.2.1 CAD/CAM的硬件
4．
图形输入设备 CAD/CAM系统要求输入输出设备精度高， 且速度快。常用的输入设备有键盘、光笔、 鼠标和操纵杆、数字化仪和图形输入板、图 形扫描输入仪等。
数字化仪
1.2.1 CAD/CAM的硬件
5． 图形输出设备 CAD/CAM系统中，常用的图形输出设备有绘图 仪和打印机。 （1） 绘图仪 绘图仪按工作原理可分为笔式绘图仪和非笔式绘 图仪两大类。按照绘图仪的结构形式又可以分为平 板式和滚筒式两种。 ①笔式绘图仪 ②非笔式绘图仪
1.2.3 CAD/CAM系统选择原则
1．系统设计的总体原则
（1）实用化原则 （2）适度先进性原则 （3）系统性原则 （4）整体设计与分步实施原则
1.2.3 CAD/CAM系统选择原则
第1章 计算机系统基础知识
第1章 计算机系统基础知识本章主要包括计算机系统的组成、计算机的类型、计算机中数据的表示和运算、CPU 、存储器等基础知识。
1.1 计算机系统的基本组成计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的，计算机硬件是计算机系统中看得见、摸得着的物理装置，计算机软件是程序、数据和相关文档的集合。
计算机系统的组成如图1-1所示。
控制器CPU运算器 内存储器（主存储器）主机硬件系统输入设备 输出设备外存储器（辅助存储器）软件系统系统软件 应用软件外部设备计算机系统图1-1 计算机系统的组成示意图1．计算机系统的硬件组成基本的计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5大部件组成。
随着器件技术和微电子技术的发展，运算器、控制器等部件已被集成在一起，统称为中央处理单元（Central Processing Unit ，CPU ）。
CPU 是硬件系统的核心，用于数据的加工处理，能完成各种算术、逻辑运算及控制功能。
运算器是对数据进行加工处理的部件，它主要完成算术和逻辑运算。
控制器的主要功能则是从主存中取出指令并进行分析，控制计算机的各个部件有条不紊地完成指令的功能。
存储器是计算机系统中的记忆设备，分为内部存储器（Main Memory ，MM ，简称内存、主存）和外部存储器（简称外存）。
内存速度快、容量小，一般用来临时存放计算机运行时所需的程序、数据及中间结果。
外存容量大、速度慢，可用于长期保存信息。
寄存器是CPU 中的记忆设备，用来临时存放指令、数据及运算结果。
与内存储器相比，寄存器的速度要快得多。
习惯上将CPU和主存储器的有机组合称为主机。
输入/输出（I/O）设备位于主机之外，是计算机系统与外界交换信息的装置。
所谓输入和输出，都是相对于主机而言的。
输入设备的作用是把转换成二进制形式的信息输入到计算机的存储器中，输出设备的作用是把运算处理结果按照人们所要求的形式输出到外部存储介质上。
2．计算机软件计算机软件是指为管理、运行、维护及应用计算机所开发的程序和相关文档的集合。
第一章计算机基础知识
十进制小数0.8125转换为二进制小数。
0.8125 0.625 0.25 0.5
Х 2 Х 2 Х 2 Х2
1.6250 1.250 0.50 1.0
取整数部分： 1 b-1
1
0
1
b-2
b-3
b-4
小数部分可得： （0.8125）10=（0.1101）2 因此：69.8125D=100010.1101B
§2 计算机中信息的表示与存储
二、数制的转换 十→二 A
例1、3 把十进制数69.8125转换为二进制数
2 69
余数
对
2 34
整 数
2 17
69
28
转
24
1……b0 0……b1 1……b2 0……b3
换
22
0……b4
21
0……b5
0
1……b6
整数部分： （69）10=（1000101）2
§2 计算机中信息的表示与存储
位权：某数制每一位所具有的权值。如十进制的 个位的位权是“1”，百位的位权是“100”。
§2 计算机中信息的表示与存储
一、进位计数制 各进制的比较
数制 尾标
二进制 八进制 十六进 十进制 制
(2)、B (8)、O (16)、H (10)、D
数码 K 0、1 0～7
基数 R 2
8
位权
Fi=Ri
0 ～9， 0 ～9 A～F
计算机文化基础
第一章 计算机基础知识
第1章 计算机基础知识
§1 计算机的发展和应用 §2 计算机中信息的表示与存储 §3 计算机硬件系统 §4 计算机软件系统
§1 计算机的发展和应用
计算机图形学第一章基本知识
课程内容
• 第二篇 实用图形编程技术 第八章 基于MFC的图形编程基础 第九章 基于MFC的交互绘图 第十章 OpenGL基础知识和实验框架的建立 第十一章 OpenGL的基本图形 第十二章 OpenGL的组合图形及光照和贴图 第十三章 摄像漫游与OpenGL的坐标变换
1.2 计算机图形学的发展历史
时间 五十年代 特 征 MIT 旋风一号，计算机驱动CRT+照相机， SAGE(交互式图形技术诞生)
六十年代
随机扫描显示器，图形学之父
六十年代至七十年代 存储管显示器，应用的软件包 初 七十年代至八十年代 光栅扫描显示器，新型的图形输入设备，图 初 形语言标准 八十年代至九十年代 图形工作站(Apollo,Sun,Hp) 初 九十年代至今 微机，交叉学科（多媒体等）
计算机图形学 郑州大学信息工程学院
•按工作原理分为：1、阴极射线管(CRT)
1.4.3 显 示 器
控制栅
聚焦系统
荧 光 粉 涂 层
灯丝
阴极 加速系统 偏转系统
计算机图形学 郑州大学信息工程学院
2、 等离子屏幕显示器
• 由一个细小氖泡矩阵组成，由于氖泡有两种状态：开 启(点燃)、关闭(熄灭)，且状态可保持。分为 1）前层：垂直导线 2）中层：细小氖泡 3）后层：水平导线
真实图形生成技术的发展
• 逼真地显示出该物体在现实世界中所观察到的 形象，就需要采用适当的光照模型，尽可能准 确地模拟物体在现实世界中受到各种光源照射 时的效果 • 局部光照模型模拟漫反射和镜面反射，而将许 多没有考虑到的因素用一个环境光来表示。 • 光线跟踪方法和辐射度方法为代表的全局光照 模型，使得图像的逼真程度大为提高
计算机图形学(计算机图形系统及硬件基础)
2009-2010-2:CG:SCUEC
23
光栅扫描显示器
是画点设备，屏幕可看成一个像素阵列，并可控制 每个点像素的亮度。 发出的电于束的偏转方式是固定的，自上而下，从 左到右扫描在荧光屏上形成光栅形状。
扫描线 0 1 2 3
水平扫描（显示）
水平回扫（消隐）
垂直回扫（消隐）
n
2009-2010-2:CG:SCUEC
2009-2010-2:CG:SCUEC
9
输入功能
计算机图形系统的功能
输出功能
图形系统应具有文字、图形、图像信息的输 出功能，以方便长期保存分析计算的结果或 交互需要的图形和非图形信息。根据对输出 结果的精度、形式和时间等的不同要求，相 应的有多种不同的输出设备。 设计人员可通过显示器或其他人机交互设备 直接进行人机通信，通过观察屏幕上显示的 计算结果和图形，利用选择、定位等手段对 不满意的部分进行修改。另外，可以由系统 追溯到以前的工作步骤，跟踪检索出出错的 地方，同时对设计者或操作员输入的错误给 以必要的提示和帮助。
2009-2010-2:CG:SCUEC
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CRT的显示原理
第一阳极 第二阳极 偏转线圈 高压入口经石墨层接第二阳极 用于磁偏转系统 电平控制器 聚焦系统 加速系统 荧光纷（磷粉涂层） 偏转的电子束 荧光屏 灯丝 阴极 水平偏转板 垂直偏转板 用于静电偏转系统 偏转系统 荧光屏
电子枪
石墨层吸收轰击磷粉涂层后逃逸在荧光屏内 的杂撒电子送至第二阳极,形成电流回路。
6
2009-2010-2:CG:SCUEC
计算机图形系统的功能
一个计算机图形系统至少应具有计算、存储、输入、
输出和交互等基本功能，各功能之间的关系如下：
精品课件-计算机图形学(张宁蓉)-第1章
第 1 章 绪论
3. 虚拟现实也称虚拟实境, 是一种可以创建和体验虚拟世界的 计算机系统, 它利用计算机技术生成一个逼真的, 具有视、 听、 触等多种感知功能的虚拟环境。
第 1 章 绪论 4. 现在的美术人员, 尤其是商业艺术设计人员都热衷于用计 算机软件从事艺术创作。 可用于美术创作的软件很多, 如二维 平面的画笔程序(CorelDraw、 PhotoShop、 PaintShop)、 专 门的图表绘制软件(Visio)、 三维建模和渲染软件包(3DMAX、 Maya), 以及一些专门生成动画的软件(Alias、 Softimage) 等, 可以说是数不胜数。
第 1 章 绪论 1.3 计算机图形学的应用 1. 计算机辅助设计与制造(CAD/CAM) 由于设计周期短、 成本低、 质量高, CAD/CAM是计算机图 形学的一个最广泛、 最活跃的应用领域, 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。
第 1 章 绪论 2. 科学计算可视化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。
第 1 章 绪论 容易与计算机图形学的概念混淆的是图像处理。 随着学科 的发展, 图形和图像已经没有明确的界限了。 计算机图形学的 主要目的是由数学模型生成真实感图形, 其结果本身就是数字图 像。 当然, 图形有别于对实物拍摄或捡取的照片。 图形是运算 形成的抽象产物, 而图像是直接量化的原始信号形式。 它们的 定义及区别如下：
第 1 章 绪论 第1章 绪 论
1.1 计算机图形学概述 1.2 计算机图形学的发展史 1.3 计算机图形学的应用 1.4 计算机图形学的研究方向
计算机美术基础1
计算机美术基础1计算机美术基础随着科技的不断发展，计算机美术逐渐成为一种独立的艺术形式。
计算机美术是指利用计算机技术进行美术创作的过程。
本文将介绍计算机美术的基础知识、常用软件和实际应用，以帮助读者更好地了解这一领域。
一、计算机美术基础知识计算机美术主要包括图形绘制、颜色处理和图像处理等方面。
图形绘制是计算机美术的核心，它可以通过各种绘图软件实现。
颜色处理是计算机美术的重要组成部分，通过调整颜色的亮度、饱和度和对比度等参数，可以创造出不同的艺术效果。
图像处理是对已有图像进行修改、调整和优化，以实现更好的视觉效果。
二、常用计算机美术软件1、Photoshop（PS）：PS是计算机美术中最常用的软件之一，它具有强大的图像处理功能，可以实现对图像的修复、调整和优化等操作。
2、Illustrator（AI）：AI是一种矢量图形处理软件，它可以创建各种形状的图形，并实现精细的线条绘制和颜色填充。
3、CorelDraw（CDR）：CDR是一种功能强大的图形设计软件，它可以实现各种图形绘制和排版操作，常用于制作海报、插画和网页等。
三、计算机美术实践案例以设计一张海报为例，介绍计算机美术的实际应用。
首先，需要确定海报的主题和内容，并选择合适的颜色和字体。
然后，使用绘图软件绘制海报的背景和主要元素，例如文字、图形和图像等。
最后，通过图像处理软件对海报进行细节调整和优化，以实现最佳的视觉效果。
四、总结计算机美术是一种新兴的艺术形式，它具有独特的艺术魅力和广泛的应用前景。
本文介绍了计算机美术的基础知识、常用软件和实际应用，希望能够帮助读者更好地了解这一领域。
随着计算机技术的不断发展，计算机美术将会在更多领域得到应用和发展。
计算机美术基础——概论计算机美术基础——概论随着科技的飞速发展，计算机在美术领域中的应用越来越广泛。
计算机美术基础作为美术与科技相结合的产物，正在逐渐改变着传统美术创作的方式和格局。
本文将详细介绍计算机美术基础的概念、发展历程、核心要素以及在实际应用中的优势和挑战。
第1章计算机基础知识
4
常见计算机图片
5
1.1.2 计算机的发展
• • • • 1．第一台计算机和计算机之父 2．计算机发展的四个阶段 3．微机的发展 4．计算机技术发展的趋势
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1．第一台计算机和计算机之父
• 第一台计算机ENIAC （Electronic Numerical Integrator And Computer）即“电 子数字积分计算机”， 它诞生于1946年2月， 由美国宾夕法尼亚大学 莫希莱和埃克等人研制 并使用，直至1955年10 月停止使用，服务了9 年多。
17
1.2.2 计算机硬件系统
• 运算器 又称为算术逻辑单元，是数据处理装置，其主要功能 是用来完成对数据的算术运算和逻辑运算。 • 控制器 是发布操作命令的装置，其主要功能是控制整个计算 机自动执行程序，指挥和协调计算机各部件的工作。 • 存储器 是计算机记忆信息的装置，其主要功能是保存程序和 数据。存储器可分为内部存储器和外部存储器两大类。 • 输入设备 是将程序、数据和命令转换成计算机能够接收的代 码信息的设备。 • 输出设备 是将计算机处理的中间结果和最终结果，以人们通 常能够识别的字符、表格、图形和图像等形式表示出来的设备。
7
1．第一台计算机和计算机之父
• 冯· 诺依曼提出计算机的基本体系主要表现在如下 两方面： • 1）硬件思想：计算机由运算器、控制器、存储器、 输入设备、输出设备等五个部分组成。 • 2）软件思想：计算机中程序和数据均以二进制数 的形式存放在同一个存储器中。
8
2．计算机发展的四个阶段
9
3．微机的发展
20
1.3 微型计算机硬件组成
• • • • • • • 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6 1.3.7 主板 中央处理器CPU 内部存储器 外部存储器 总线和接口 输入设备 输出设备
计算机图形学习题参考答案(完整版)
9、使用中点圆算法，绘制圆心为 (0, 0) ，半径 r 10 的圆在第一象限中的部分。 解：
k (x k, yk) (x k ', yk ') pk 0 (0,10) (10, 0) 1r 9 1 (1,10) (10,1) p0 2x 116 2 (2,10) (10, 2) p12x 2 11 3 (3,10) (10, 3) p2 2x 3 2x 4 12y 4 3 5 (5, 9) (9, 5) p4 2x 5 18 6 (6, 8) (8, 6) p5 2x 6 12y6 5 7 (7, 7)
1
度，可以沿着三个方向移动，也可以沿着三个方位旋转，同时还可以建立与其他三维空间的超链接。 因此 VRML 是超空间的。 7、图形的构成要素有哪些？ 解： ① 刻画形状的点、线、面、体等几何要素； ② 反映物体表面属性和材质的灰度、颜色等非几何要素。 8、计算机图形学的最高奖以谁的名字命名，获得第一届和第二届该奖的分别是谁？ 解： 计算机图形学的最高奖是以 Coons 的名字命名的， 获得第一届和第二届 Coons 奖的是 Ivan Sutherland 和 Pierre Bézier。
2
11、已知： A(0, 0) 、 B(1, 1) 、 C(2, 0) 、 D(1, 2) ，请判断多边形 ABCD 是否是凹多边形。 解： 多 边 形 的 边 向 量 为 AB (1,1, 0) ， BC (1, 1, 0) ， CD (1, 2, 0) ， DA(1, 2, 0) 。 因 为
第 2 章 基本图元的显示
1、假设 RGB 光栅系统的设计采用 810 英寸的屏幕，每个方向的分辨率为每英寸 100 个像素。如果 每个像素 6 位，存放在帧缓冲器中，则帧缓冲器需要多大存储容量（字节数）？ 解： 8100101006/8600000 （字节） 。 2、假设计算机字长为 32 位，传输速率为 1 MIP（每秒百万条指令） 。300 DPI(每英寸点数)的激光打 印机，页面大小为 8.511 英寸，要填满帧缓冲器需要多长时间。 解：
第1章 计算机基础知识
10
第1章 计算机基础知识
1.2 计算机的系统组成
一台完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部 分组成。硬件与软件结合，计算机才能正常运行。
11
第1章 计算机基础知识
1.2.1 计算机的硬件系统
一个完整的计算机硬件系统，主要由运算器、控制器 、存储器（内部存储器和外部存储器）、输入设备和输出 设备五大部件组成。其中，运算器和控制器统称为中央处 理器（CPU——Central Processing Unit），CPU是计算 机的核心部件，由它发号施令协调计算机各个部件有条 不紊地工作。 1. 运算器
7.计算机网络应用
计算机网络的出现，加速了全球的信息化进程。所有的信 息资源连接成一个全球性的大型网络，包括文字、数据、图形 、图像和视频等各种形态的信息都可以在一个大型网络中交互
使用。
9
第1章 计算机基础知识
1.1.5
计算机的分类
计算机有多种分类方法，如根据信息的表示和处理方 式，有数字电子计算机、模拟电子计算机和数字模拟混合 电子计算机；根据用途来分，有专用计算机和通用计算 机；根据计算机规模和性能来分，有巨型计算机、大型计 算机、小型计算机和微型计算机。
7
第1章 计算机基础知识
3.数据处理
计算机数据处理指对人类社会的生产活动、经济与市场、 我国改革开放的总体规划等大量数据进行处理，对这些数据进 行计划、分析、计算、评估等操作。
4.计算机辅助技术
计算机辅助技术包含计算机辅助设计（CAD——Computer Aided Design）、计算机辅助制造（CAM——Computer Aided Manufacturing）和计算机辅助教学（CAI——Computer Aided Instruction）。
《计算机图形学》习题与解答#(精选.)
《计算机图形学》习题与解答第一章概述1. 试描述你所熟悉的计算机图形系统的硬软件环境。
计算机图形系统是计算机硬件、图形输入输出设备、计算机系统软件和图形软件的集合。
例如：计算机硬件采用PC、操作系统采用windows2000，图形输入设备有键盘、鼠标、光笔、触摸屏等，图形输出设备有CRT、LCD等，安装3D MAX图形软件。
2. 计算机图形系统与一般的计算机系统最主要的差别是什么？3. 图形硬件设备主要包括哪些？请按类别举出典型的物理设备?图形输入设备：鼠标、光笔、触摸屏和坐标数字化仪，以及图形扫描仪等。
图形显示设备：CRT、液晶显示器（LCD）等。
图形绘制设备：打印机、绘图仪等。
图形处理器：GPU（图形处理单元）、图形加速卡等等。
4. 为什么要制定图形软件标准？可分为哪两类？为了提高计算机图形软件、计算机图形的应用软件以及相关软件的编程人员在不同计算机和图形设备之间的可移植性。
图形软件标准通常是指图形系统及其相关应用系统中各界面之间进行数据传送和通信的接口标准，另外还有供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准。
5. 请列举出当前已成为国际标准的几种图形软件标准，并简述其主要功能。
（1）CGI(Computer Graphics Interface)，它所提供的主要功能集包括控制功能集、独立于设备的图形对象输出功能集、图段功能集、输入和应答功能集以及产生、修改、检索和显示以像素数据形式存储的光栅功能集。
（2）GKS(Graphcis Kernel System)，提供了应用程序和图形输入输出设备之间的接口，包括一系列交互和非交互式图形设备的全部图形处理功能。
主要功能如下：控制功能、输入输出功能、变换功能、图段功能、询问功能等。
6. 试列举计算机图形学的三个应用实例。
（1）CAD/CAM（2）VISC（3）VR.第二章光栅图形学1. 在图形设备上如何输出一个点？为输出一条任意斜率的直线，一般受到哪些因素影响？若图形设备是光栅图形显示器，光栅图形显示器可以看作是一个像素的矩阵，光栅图形显示器上的点是像素点的集合。
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者近两年的时间
计算机动画:效率高，质量高
Disney的一系列动画片… 《侏罗纪公园》、《泰坦尼克号》… 广告艺术等
计算机动画创作工具：3D MAX, MAYA等等
大型的动画片、电影制作一般采用图形工作站组成的网络集群 特殊的动画效果需要开发专门的图形程序 可利用脚本语言进行控制
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三维图形用户接口
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Computer Graphics
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图形设备、系统和应用
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计算机辅助设计与制造
图形学的主要应用领域
之一 应用领域：飞机、轮船、 汽车外形，大规模集成 电路，建筑，服装，玩 具
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Computer Graphics
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计 算 机 图 形 学
图形设备、系统和应用
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数字娱乐
电脑游戏
反映了当前图形学的先进技术
真实感图形应用的主要领域 向实时化、网络化方向发展
当前研究热点：图形处理器，三维
游戏引擎 硬件产品：Nvidia，ATI(AMD)， XBox360，PS3，Wii
较大的应用领域 机械、现象等的动态、静态模拟
机械装配、飞机制造(风洞试验)、核试验、汽
车安全检测
有限元分析
分析静态或动态的物体或物理系统
物体或系统被分解为由多个相互联结的、简单、
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图形设备、系统和应用
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全部采用计算机 辅助设计
波音777客机
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图形设备、系统和应用
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图示图形学（信息可视化）
用二、三维图表表达各种数据 能形象的表达各种数据的变化趋势 辅助决策支持
的更加完备的图形系统不断被研制出来。 20世纪80年代初，图形学依然是较小的学科， 主要因为图形硬件设备十分昂贵，且基于图形 的应用相对较少。 PC、图形工作站的出现，图形应用程序的完备， 以及20世纪90年代以来的图形标准化、三维图 形技术的发展使图形技术在各个领域得到普及。
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计算机图形学
图形设备、系统 和应用
武汉大学国际软件学院 周松涛
Stzhou.cg@
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图形设备、系统和应用
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主要内容
计算机图形学的基本概念
计算机图形学的发展
计算机图形学的应用及发展方向
图形输入设备及输出设备
图形系统
虚拟现实系统简介
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图形设备、系统和应用
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图形硬件的发展
交互式计算机图形学的诞生（20世纪50年代）
1950年，MIT，旋风一号（Whirlwind I ）计
算机的图形显示器，类似于示波器的CRT来显 示简单图形。--CRT的出现为计算机生成和显 示图形提供了可能。 20世纪50年代末期，MIT林肯实验室，在 Whirlwind上开发SAGE(Semi－Automatic Ground Environment)空中防御系统，通过光 笔在屏幕上指点与系统交互。--标志着交互式 图形技术的诞生。
Ivan.E.SuthБайду номын сангаасrland博士
20世纪60年代：MIT、Bell Lab、通用汽车公司、剑
桥大学开展大规模的研究 。
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图形设备、系统和应用
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实用化阶段（20世纪70年代以后）
交互式图形系统在许多国家得到应用，许多新
有限元分析、医学、天 气预报、海洋和空间探 测等。 从海量的计算数据和测 量数据中发掘其蕴含的 自然、物理现象和规律 的新的通用手段。 分形研究的例子
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气象数据的三维可视化
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工业模拟
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三维FFD（Free Form Deformers） 得到鱼的变形
变脸技术，图象 处理与图形学相 结合的应用
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图形设备、系统和应用
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HDR （High-Dynamic Range）高动态范围渲 染
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图形设备、系统和应用
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基本概念
计算机图形学研究的内容
怎样用计算机生成、处理和显示图形的学科 图形的输入 如何开发利用图形输入设备及软件将图形输入到计 算机中去，以便作各种处理。 图形的处理 包括对图形进行变换(几何变换，投影变换)和运算 （集合运算）,裁减，着色，形变等…… 图形的输出 如何将图形特定的表示形式转换成图形输出系统便 于接受的表示形式，并将图形在显示屏或打印机等 输出设备上输出，或以文件的形式保存在磁盘上。
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猫变虎
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动《 画冰 片河 ：世 纪 》
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NO HDR
WITH HDR
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NO HDR
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WITH HDR
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数字图像处理针对图像进行各种加工以改善图像的效 果,为图像分析做准备。研究的内容包括图像增强与去噪、 图像分割与边缘检测、图像的几何变换、频域处理、数学 形态学及其应用、图像特征与理解、图像编码压缩以及图 像恢复等内容。 图象理解（模式识别）可以看作是图形学的逆过程， 分析和识别数字图像并从中提取二维或三维的数据模型 （特征），比如生产线上的零件自动识别，车牌号的自动 识别，扫描文稿的识别，通过航空拍摄的地表影像提取地 形图等。
的设计 书法艺术
用 分 形 算 法 绘 制 的 树 景 观 图
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计算机动画、电影制作等
传统动画：费时费力，质量差
《大闹天宫》，90*60*24=129，600张胶片，几十位动画工作
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Google的趋势搜索功 能以图示的方式表达一段 时间内某些搜索关键词的 使用频率。
参见：
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相关的概念
图形：计算机图形学的研究对象，能在
人的视觉系统中产生视觉印象的客观对 象，包括自然景物、拍摄到的图片、用 数学方法描述的图形等等
构成图形的要素
几何要素：刻画对象的轮廓、形状等
非几何要素：刻画对象的颜色、材质等
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计算机中表示图形的方法 点阵表示
枚举出图形中所有的点(强调图形由点构
成) 简称为图像（数字图像）
参数表示 由图形的形状参数(方程或分析表达式的 系数，线段的端点坐标等)以及属性参数 (颜色、线型等)来表示图形 简称为图形
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真实世界
图形设备、系统和应用