第一章计算机图形学基本知识
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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。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理一、图形学的概念计算机图形学简单来说，就是让计算机去生成、处理和显示图形的学科。
它就像是一个魔法世界，把一堆枯燥的数字和代码变成我们眼睛能看到的超酷图形。
你看那些超炫的3D游戏里的场景、超逼真的动画电影，那可都是计算机图形学的功劳。
这个学科就是想办法让计算机理解图形，然后把图形按照我们想要的样子呈现出来。
二、图形的表示1. 点点是图形里最基本的元素啦。
就像盖房子的小砖头一样，很多个点组合起来就能变成各种图形。
一个点在计算机里就是用坐标来表示的，就像我们在地图上找一个地方，用经度和纬度一样，计算机里的点就是用x和y坐标（如果是3D图形的话，还有z坐标呢）来确定它在空间里的位置。
2. 线有了点，就能连成线啦。
线有各种各样的类型，直线是最简单的，它的方程可以用我们学过的数学知识来表示。
比如说斜截式y = kx + b，这里的k就是斜率，b就是截距。
还有曲线呢，像抛物线、双曲线之类的，在图形学里也经常用到。
这些曲线的表示方法可能会复杂一点，但也很有趣哦。
3. 面好多线围起来就形成了面啦。
面在3D图形里特别重要，因为很多3D物体都是由好多面组成的。
比如说一个正方体，就有六个面。
面的表示方法也有不少，像多边形表示法，就是用好多条边来围成一个面。
三、图形变换1. 平移平移就是把图形在空间里挪个位置。
这就像我们把桌子从房间的这头搬到那头一样。
在计算机里，平移一个图形就是把它每个点的坐标都加上或者减去一个固定的值。
比如说把一个点(x,y)向右平移3个单位，向上平移2个单位，那这个点就变成(x + 3,y + 2)啦。
2. 旋转旋转就更有意思啦。
想象一下把一个图形像陀螺一样转起来。
在计算机里旋转图形，需要根据旋转的角度和旋转中心来计算每个点新的坐标。
这就得用到一些三角函数的知识啦，不过也不难理解。
比如说以原点为中心，把一个点(x,y)逆时针旋转θ度，新的坐标就可以通过一些公式计算出来。
3. 缩放缩放就是把图形变大或者变小。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理一、图形学基础知识1、图形学的定义：图形学是一门研究图形的计算机科学，它研究如何使用计算机来生成、处理和显示图形。
2、图形学的应用：图形学的应用非常广泛，它可以用于计算机游戏、虚拟现实、图形用户界面、图形设计、图形处理、图形建模、图形分析等。
3、图形学的基本概念：图形学的基本概念包括图形、坐标系、变换、光照、纹理、投影、深度缓冲、抗锯齿等。
4、图形学的基本算法：图形学的基本算法包括几何变换、光照计算、纹理映射、投影变换、深度缓冲、抗锯齿等。
5、图形学的基本技术：图形学的基本技术包括OpenGL、DirectX、OpenCL、CUDA、OpenGL ES等。
二、图形学的基本原理1、坐标系：坐标系是图形学中最基本的概念，它是一种用来表示空间位置的系统，它由一系列的坐标轴组成，每个坐标轴都有一个坐标值，这些坐标值可以用来表示一个点在空间中的位置。
2、变换：变换是图形学中最重要的概念，它指的是将一个图形从一个坐标系变换到另一个坐标系的过程。
变换可以分为几何变换和光照变换，几何变换包括平移、旋转、缩放等，光照变换包括颜色变换、照明变换等。
3、光照：光照是图形学中最重要的概念，它指的是将光照投射到物体表面，从而产生颜色和纹理的过程。
光照可以分为环境光照、漫反射光照和镜面反射光照。
4、纹理：纹理是图形学中最重要的概念，它指的是将一张图片映射到物体表面，从而产生纹理的过程。
纹理可以分为纹理映射、纹理坐标变换、纹理过滤等。
5、投影：投影是图形学中最重要的概念，它指的是将一个三维图形投射到二维屏幕上的过程。
投影可以分为正交投影和透视投影，正交投影是将三维图形投射到二维屏幕上的过程，而透视投影是将三维图形投射到二维屏幕上，从而产生透视效果的过程。
计算机图形学基础知识重点整理
计算机图形学基础知识重点整理一、图形学基本概念1. 图形学是啥呢？它就像是一个魔法世界，研究怎么在计算机里表示图形，然后对这些图形进行各种操作。
比如说，我们玩的那些超酷炫的游戏，里面的人物、场景都是通过计算机图形学搞出来的。
2. 图形在计算机里可不是随便存着的哦。
有矢量图形，就像我们数学里的向量一样，用数学公式来描述图形的形状、颜色等信息。
还有光栅图形，这个就和屏幕上的像素点有关啦，它是把图形表示成一个个小格子（像素）的组合。
二、图形的变换1. 平移是最基础的啦。
就好比你在一个平面上把一个图形从一个地方挪到另一个地方，很简单对吧。
比如一个三角形，从左边移到右边，它的每个顶点的坐标都按照一定的规则发生变化。
2. 旋转也很有趣。
想象一下把一个正方形绕着一个点转圈圈。
在计算机里，要根据旋转的角度，通过数学公式来计算图形每个点旋转后的新坐标。
这就像我们小时候玩的陀螺，不停地转呀转。
3. 缩放就更直观了。
把一个小图形变大或者把一个大图形变小。
不过要注意哦，缩放的时候可不能让图形变得奇奇怪怪的，得保持它的形状比例之类的。
三、颜色模型1. RGB模型是最常见的啦。
红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue），这三种颜色就像三个小魔法师，通过不同的组合可以创造出各种各样的颜色。
就像我们画画的时候，混合不同颜色的颜料一样。
2. CMYK模型呢，主要是用在印刷方面的。
青（Cyan）、品红（Magenta）、黄（Yellow）、黑（Black），这几种颜色的混合可以印出我们看到的书本、海报上的各种颜色。
四、三维图形学1. 在三维图形学里，多了一个维度，事情就变得更复杂也更有趣啦。
我们要考虑物体的深度、透视等。
比如说，我们看远处的山，它看起来就比近处的树小很多，这就是透视的效果。
2. 三维建模是个很厉害的技能。
可以通过各种软件来创建三维的物体，像做一个超级逼真的汽车模型，从车身的曲线到车轮的纹理，都要精心打造。
五、图形渲染1. 渲染就像是给图形穿上漂亮衣服的过程。
第一章 计算机图形学基本知识
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真实感图形实时绘制与自然景物仿真
计算机中重现真实世界的场景叫做真实感 绘制. 真实感绘制的主要任务是模拟真实物体的 物理属性，简单的说就是物体的形状，光 学性质，表面的纹理和粗糙程度，以及物 体间的相对位置，遮挡关系等等.
34
真实感图形实时绘制与自然景物仿真
光照模型:简单光照模型;局部光照模型;
●电视广告，节目片头，科教演示（CAI） ● “古墓丽影”，“侏罗纪公园图形学在电影中的应用（1/4）
1977 Star Wars 因其特殊效果获得了oscar.
1978
•Superman因其特殊效果获得了oscar.
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图形学在电影中的应用（2/4） 1995
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1.2 计算机图形学的发展---在中国
从20世纪60年代中后期，我国开始了计算机图形设备和 计算机辅助几何设计方面的研究工作。
（1）1970年我国研制成功了黑白光笔图形显示器。
（2）1976年研制成功了彩色光笔图形显示器。
（3）计算机图形学在我国应用从20世纪70年代起步， 经过多年的发展，已在电子、机械、航空航天、建筑、 造船、轻纺和影视等多个领域中得到了广泛的应用。
graphical images with the aid of computer（ IEEE定义）
特点：新兴学科 边缘性学科 与传统理论密切联系
9
IEEE 协议的概念
IEEE是Institute of Electrical and Electronics Engineers的英文缩写，它的 中文含义是“电器与电子工程师协会”， IEEE是国际工程界非常有名的一个组织。
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1.3 计算机图形学的应用及研究前沿
计算机图形学-第一章--概述资料
它已经并将进一步给人类带来巨大的影响和
利益。现在，CAD技术的水平已成为衡量一
个国家工业技术水平的重要标志。
2024/7/19
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1.3 计算机图形学的应用领域
• 二、科学计算可视化
• 用图形来表示大量数据计算的结果或中 间过程。例如：
科技工作者需要认真分析大量的计算结
果以确定一个系统的描述；
商业主管需要分析大量的统计数据以做
出对未来商业行为的决策；
医生需要面对大量的CT数据以确定病人
体内是否发生病变及何处发生病变；
气象人员需要处理气象卫星传回的大批
数据以绘出未来一段时间内的天气变化趋势
图。 2024/7/19
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1.3 计算机图形学的应用领域
• 分析处理这些大批数据是艰难和枯燥的， 但如果应用计算机图形处理技术建立数据与 图形之间的关系并将它们以图形的形式在屏 幕上显示出来，则使用者很容易观察其中的 各种现象并找出变化规律。
的确立和发展也经历了从矢量显示器、存
储管显示器到光栅显示器的发展过程。
2024/7/19
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1.2 计算机图形学的发展历史
• 图形输入设备也在发展，出现了：拇指 轮、操作杆、跟踪球、光笔、鼠标、触摸 屏、数据手套、数字化仪、扫描仪等输入 设备。
• 和图形硬件一样，图形软件也得到很 大的发展，各种图形算法、图形标准、图 形数据结构等逐渐成熟并投入使用，使计 算机图形学成为一门成熟的学科。
本自动阅读装置、还有地图符号的识别，都
是先由扫描得到图像，然后经识别还原为图
形或字符。
2024/7/19
ห้องสมุดไป่ตู้
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第一章 概述
• 3、计算几何（Computational Geometry） • 计算几何则着重讨论几何形体在计算机
计算机图形学第一章基本知识
计算机图形学 郑州大学信息工程学院
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
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(1-3章讲义汇总整理)
图形显示系统
图形显示系统是计算机图形处理系统中极其重要的部分。图形显示系统负责实时显示图 形处理的中间或最终结果，为用户提供可视的工作界面等。PC 机的图形显示系统逻辑上是 由监视器(Monitor，又称显示器)和显示卡(又称显示适配器)两大部分组成。目前显示器中主 要包括阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)和等离子显示器(PDP)。
图形输入板与坐标数字化仪
图形输入板与坐标数字化仪两者的工作原理与功能完全相同，它们都是将图形转变成计 算机能接收的数字量的专用设备。它们按工作原理的不同分为电磁式、超声波式、电位梯度 式、机械式等多种。数字化仪往往具在定位、拾取、选择的功能，其主要性能指标有分辨率、 精度和幅面。许多数字化仪提供多种压感。现在非常流行的汉字手写系统就是一种数字化仪。
光笔
光笔是一种手持检测光的装置，它直接在屏幕上操作，拾取位置。光笔原理简单，操作 直观，但荧光屏的分辨率、电子束扫描速度、荧光粉的特性、笔尖与荧光粉的距离和角度等 诸多因素都会影响光笔的分辨率与灵敏度。另外，光笔对于荧光屏上不发光的区域无法检测， 也不能用于液晶、等离子体等类型的显示器。
触摸屏
触摸屏利用手指等对屏幕的触摸位置进行定位。按工作原理可以分为：电阻式、电容式、 红外线式和声波表面波式。
计算机图形学的研究内容 计算机图形学的定义
计算机图形学是利用计算机来建立、处理、传输和存储从某个客观对象抽象得到的几何 和物理模型，并根据模型产生该对象图形输出的有关理论、方法和技术。1982 年，国际标 准化组织 ISO 将计算机图形学定义为：研究用计算机进行数据和图形之间相互转换的方法和 技术。
CRT 显示器
CRT 显示器由于分辨率和可靠性高、速度快、成本低等优点，多年来一直是图形显示系 统中最重要的设备。CRT 显示器的工作方式分为随机扫描和光栅扫描两种方式，目前以光栅 扫描方式为主，这是因为，虽然随机扫描图形显示器具有画线速度快、分辨率高等优点，但 难以生成具有多种灰度和颜色且色调能连续变化的图形，而光栅扫描图形显示器却可以生成 有高度真实感的图形，因而已成为 PC 机和 Macintosh 计算机以及各种工作站所使用的最重 要的信息显示设备。
图形显示系统是计算机图形处理系统中极其重要的部分。图形显示系统负责实时显示图 形处理的中间或最终结果，为用户提供可视的工作界面等。PC 机的图形显示系统逻辑上是 由监视器(Monitor，又称显示器)和显示卡(又称显示适配器)两大部分组成。目前显示器中主 要包括阴极射线管(CRT)，液晶显示器(LCD)和等离子显示器(PDP)。
图形输入板与坐标数字化仪
图形输入板与坐标数字化仪两者的工作原理与功能完全相同，它们都是将图形转变成计 算机能接收的数字量的专用设备。它们按工作原理的不同分为电磁式、超声波式、电位梯度 式、机械式等多种。数字化仪往往具在定位、拾取、选择的功能，其主要性能指标有分辨率、 精度和幅面。许多数字化仪提供多种压感。现在非常流行的汉字手写系统就是一种数字化仪。
光笔
光笔是一种手持检测光的装置，它直接在屏幕上操作，拾取位置。光笔原理简单，操作 直观，但荧光屏的分辨率、电子束扫描速度、荧光粉的特性、笔尖与荧光粉的距离和角度等 诸多因素都会影响光笔的分辨率与灵敏度。另外，光笔对于荧光屏上不发光的区域无法检测， 也不能用于液晶、等离子体等类型的显示器。
触摸屏
触摸屏利用手指等对屏幕的触摸位置进行定位。按工作原理可以分为：电阻式、电容式、 红外线式和声波表面波式。
计算机图形学的研究内容 计算机图形学的定义
计算机图形学是利用计算机来建立、处理、传输和存储从某个客观对象抽象得到的几何 和物理模型，并根据模型产生该对象图形输出的有关理论、方法和技术。1982 年，国际标 准化组织 ISO 将计算机图形学定义为：研究用计算机进行数据和图形之间相互转换的方法和 技术。
CRT 显示器
CRT 显示器由于分辨率和可靠性高、速度快、成本低等优点，多年来一直是图形显示系 统中最重要的设备。CRT 显示器的工作方式分为随机扫描和光栅扫描两种方式，目前以光栅 扫描方式为主，这是因为，虽然随机扫描图形显示器具有画线速度快、分辨率高等优点，但 难以生成具有多种灰度和颜色且色调能连续变化的图形，而光栅扫描图形显示器却可以生成 有高度真实感的图形，因而已成为 PC 机和 Macintosh 计算机以及各种工作站所使用的最重 要的信息显示设备。
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
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
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。
第 1 章 计算机图形学概述
4) 图形信息的信息量较大 “一幅图胜过千言万语”, 这从另外一个角 度也说明图形中包含的信息量较大, 因此, 图形如何在 计算机中表示, 也是计算机图形学研究的内容之一。
第 1 章 计算机图形学概述
3. 图形在计算机中的表示 计算机中表示带有颜色及形状信息的图形常 用以下两种方法: 1) 点阵法 点阵法通过枚举出图形中所有的点来表示图 形, 它强调图形由哪些点构成, 这些点具有什么样的颜 色, 即点阵法是用具有灰度或色彩的点阵来表示图形的 一种方法。 在计算机中表示图形最常用的是点阵法。
1. 图形 计算机图形学的研究对象是图形。 广义的说, 能够在人的视觉系统中形成视觉印象的客观对象都可称 为图形。 它既包括了各种几何图形以及由函数式、 代 数方程和表达式所描述的图形, 也包括了来自各种输入 媒体的图景、 图片、 图案、 图像以及形体实体等。
第 1 章 计算机图形学概述
2. 图形信息的特点 图形信息是一种重要的信息类型, 它直接明 了, 含义丰富, 具有以下特点: 1) 图形信息表达直观, 易于理解 在科学技术高度发达的今天, 图形信息显示 出任何语言无法比拟的优越性, 它能直接反映出客观世 界变幻无穷的图像, 供全人类所共享, 不受语言限制。
计算机图形学基础
1、射线穿透法彩色显示技术：
荧光涂层 产生颜色 低速电子束 电子束 较低速电子束 较高速电子束
高速电子束
显示设备——彩色CRT
2、影孔板法
原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定
位像素的位置
影孔板
外层玻璃
荧光涂层
显示设备——彩色CRT
影孔板的类型
点状影孔板 代表：大多数球面与柱面显像管 栅格式影孔板 代表：Sony的Trinitron 两大好处：一是把相互平行的垂直铁线阵形安装在一个铁框里， 垂直部分没有任何东西阻挡，增强了电子流通量，也增强了 纵向方向的透光度，透出的光线比荫罩式显像管多一倍，因 而特丽珑显像管的明亮度和颜色饱和度要比其他的显像管都 要好；二是间条式栅罩的阻碍光率十分少，长时间使用后也 不会膨胀或变形，避免发生颜色突变或亮度变弱的情况。 沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管 (未来窗) 可以得到更大的电子流通量，也使荫罩网面的受力即稳定情 况比较好。
计算机图形学基础
四、图形设备
图形显示设备
图形输出包括图形的显示和图形的绘制， 图形显示指的是在屏幕上输出图形 图形绘制通常指把图形画在纸上，也称 硬拷贝，打印机和绘图仪是两种最常用 的硬拷贝设备
四、图形设备
显示设备的发展
画线显示器（矢量显示器/随机扫描显示器） 存储管式显示器
60年代中后期出现, 只能绘制线条,任意 方向连续扫描
组成：
电子枪 聚焦系统 加速系统 磁偏转系统 荧光屏
显示设备——CRT
CRT剖面图
显示设备——CRT
1、电子枪 电灯丝，阴极和控制栅组成。 阴极：由灯丝加热发出电子束 控制栅：加上负电压后，能够 控制通过其中小孔的带负电的 电子束的强弱，通过控制电子 数量，控制荧光屏上相应点的 亮度。
荧光涂层 产生颜色 低速电子束 电子束 较低速电子束 较高速电子束
高速电子束
显示设备——彩色CRT
2、影孔板法
原理：影孔板被安装在荧光屏的内表面，用于精确定
位像素的位置
影孔板
外层玻璃
荧光涂层
显示设备——彩色CRT
影孔板的类型
点状影孔板 代表：大多数球面与柱面显像管 栅格式影孔板 代表：Sony的Trinitron 两大好处：一是把相互平行的垂直铁线阵形安装在一个铁框里， 垂直部分没有任何东西阻挡，增强了电子流通量，也增强了 纵向方向的透光度，透出的光线比荫罩式显像管多一倍，因 而特丽珑显像管的明亮度和颜色饱和度要比其他的显像管都 要好；二是间条式栅罩的阻碍光率十分少，长时间使用后也 不会膨胀或变形，避免发生颜色突变或亮度变弱的情况。 沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管 (未来窗) 可以得到更大的电子流通量，也使荫罩网面的受力即稳定情 况比较好。
计算机图形学基础
四、图形设备
图形显示设备
图形输出包括图形的显示和图形的绘制， 图形显示指的是在屏幕上输出图形 图形绘制通常指把图形画在纸上，也称 硬拷贝，打印机和绘图仪是两种最常用 的硬拷贝设备
四、图形设备
显示设备的发展
画线显示器（矢量显示器/随机扫描显示器） 存储管式显示器
60年代中后期出现, 只能绘制线条,任意 方向连续扫描
组成：
电子枪 聚焦系统 加速系统 磁偏转系统 荧光屏
显示设备——CRT
CRT剖面图
显示设备——CRT
1、电子枪 电灯丝，阴极和控制栅组成。 阴极：由灯丝加热发出电子束 控制栅：加上负电压后，能够 控制通过其中小孔的带负电的 电子束的强弱，通过控制电子 数量，控制荧光屏上相应点的 亮度。
第一章计算机图形学简介
第五节 计算机图形标准
计算机图形的标准是指图形系 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， 以及供图形应用程序调用的子程序 功能及其格式标准，前者为数据及 文件格式标准，后者为子程序界面 标准.
• CGI(Computer Graphics Interface) 为用户提供控制图形硬件的一种与设 备无关的方法，使得用户能够灵活方 便地直接控制图形设备，它是面向图 形设备的接口标准
第三节 计算机图形学
的应用及发展动向
• 图示图形学 • 制图学 • 计算机辅助设计和计算机辅助制造 • 计算机仿真与动画 • 计算机艺术与娱乐 • 可视化 科学计算可视化、商用可视化 • 教学与培训 • 图形用户界面 窗口、菜单和图标
图形学主要研究内容
• 图形的生成和表示技术 • 图形的操作与处理方法 • 图形输出设备与输出技术的研究 • 图形输入设备、交互技术及用户接
第一节 计算机图形学
计算机图形学 指用计算机产 生对象图形的输出的技术。
更确切地说，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。
模型：能够正确地表达出一个对象性质、 结构和行为的描述信息。
图形最终表示是由点和如何显示这些点 的绘图算法表示的。
图形软件：通用编程软件包－开发
专用应用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件包－应用
通用图形编程软件包提供一 个可用于高级程序语言的图形功 能扩展集。其包括生成图形元素、 设置颜色和亮度值、选择视图和 应用转换功能。
专用图形应用软件包－CAD、
CoreDraw
成交互任务的基础。 交互设备有定位、键盘、选择、
取值和拾取。 交互任务是用户输入到计算机
计算机图形学基本知识PPT课件
仿射变换
通过仿射变换矩阵对图像进行变换，可以处理更复杂的几何变换。
04 计算机图形学高级技术
光照模型与材质贴图
光照模型
描述物体表面如何反射光线的数 学模型，包括漫反射、镜面反射 和环境光等。
材质贴图
通过贴图技术将纹理映射到物体 表面，增强物体的真实感和细节 表现。
纹理映射
纹理映射技术
将图像或纹理图案映射到三维物体表 面，增强物体的表面细节和质感。
总结
计算机图形学在游戏设计、电影与动 画制作、虚拟现实与仿真等领域有着 广泛的应用。
计算机图形学的发展历程
起步阶段
20世纪50年代，计算机图形 学开始起步，主要应用于几 何形状的生成和简单图形的 处理。
发展阶段
20世纪80年代，随着计算机 性能的提高，计算机图形学 开始广泛应用于电影、游戏 等领域。
总结
计算机图形学利用计算机 技术生成、处理和显示图 形，实现真实世界的模拟 和再现。
计算机图形学的应用领域
游戏设计
游戏中的角色、场景和特效都需要用 到计算机图形学技术。
电影与动画制作
电影特效、角色建模和动画制作都离 不开计算机图形学。
虚拟现实与仿真
虚拟现实技术、军事仿真、工业设计 等领域都广泛应用计算机图形学。
向量图
向量图是矢量图的一种，通常用于描 述二维图形，如几何图形和图表。
图像的分辨率与质量
分辨率
分辨率是指图像中像素的数量， 通常以像素每英寸（PPI）或像素
每厘米（PPC）为单位。
质量
图像质量取决于分辨率、颜色深度 和压缩等因素。
压缩
图像压缩是一种减少图像文件大小 的方法，常见的图像压缩格式有 JPEG和PNG等。
通过仿射变换矩阵对图像进行变换，可以处理更复杂的几何变换。
04 计算机图形学高级技术
光照模型与材质贴图
光照模型
描述物体表面如何反射光线的数 学模型，包括漫反射、镜面反射 和环境光等。
材质贴图
通过贴图技术将纹理映射到物体 表面，增强物体的真实感和细节 表现。
纹理映射
纹理映射技术
将图像或纹理图案映射到三维物体表 面，增强物体的表面细节和质感。
总结
计算机图形学在游戏设计、电影与动 画制作、虚拟现实与仿真等领域有着 广泛的应用。
计算机图形学的发展历程
起步阶段
20世纪50年代，计算机图形 学开始起步，主要应用于几 何形状的生成和简单图形的 处理。
发展阶段
20世纪80年代，随着计算机 性能的提高，计算机图形学 开始广泛应用于电影、游戏 等领域。
总结
计算机图形学利用计算机 技术生成、处理和显示图 形，实现真实世界的模拟 和再现。
计算机图形学的应用领域
游戏设计
游戏中的角色、场景和特效都需要用 到计算机图形学技术。
电影与动画制作
电影特效、角色建模和动画制作都离 不开计算机图形学。
虚拟现实与仿真
虚拟现实技术、军事仿真、工业设计 等领域都广泛应用计算机图形学。
向量图
向量图是矢量图的一种，通常用于描 述二维图形，如几何图形和图表。
图像的分辨率与质量
分辨率
分辨率是指图像中像素的数量， 通常以像素每英寸（PPI）或像素
每厘米（PPC）为单位。
质量
图像质量取决于分辨率、颜色深度 和压缩等因素。
压缩
图像压缩是一种减少图像文件大小 的方法，常见的图像压缩格式有 JPEG和PNG等。
第1章 计算机图形学概述
计算机图形学是研究计算机如何生成、处
理和显示图形的！
• 其一：我们可以看一下书上介绍的一些算法；比如说画直 线的算法——DDA算法，从这个算法大家可以知道了， 原来图形学就是比较基础的，研究如何来画出图形的科学。 其实现在很多可视化的高级语言都提供一些很方便的函数 来实现画直线、画框、画圆、填充等画图动作，图形学就 是研究这样一些函数是怎么编写的。
（3）科学计算可视化
表示
Байду номын сангаас处理
显示
• 图形与图像的关系
– 图形与图象两个概念间的区别越来越模糊，但还是有 区别的
– A、图形含有几何属性，更强调场景的几何表示，是由 场景的几何模型和景物的物理属性共同组成
例如：作为图形在机内的存储图A – B、图像是由扫描仪、摄像机等输入设备捕捉实际的画
面产生的数字图像。纯指计算机内以位图形式存放的 灰度信息
• （5）投影：经过多次变换和裁剪处理后，最后得到的基 本图元（是指没有被裁剪掉、会出现在图像里面的对象） 必须投影成为二维对象，才能显示在屏幕上。存在多种投 影方法可以使用，我们将在第4章详细讨论。
概念：投影: 三维空间中的对象要在二维的屏幕或图纸上显示出来， 就必须通过投影。投影的方法有两种，平行投影和透视投影。
• （2）消除隐藏线、面：如果被其它的对象遮挡， 则图形不能被显示在屏幕上。隐藏面的消除即去 掉那些看不到的面，留下可见面。在第7章，我们 将详细讨论如何进行隐藏面的消除。
Yp 窗口坐标系
窗口
世界坐标系 Y y2
x2
z2
y1 X
Z
z1 x1
模型坐标系
Xp 屏幕坐标系
视口
• （3）裁剪：确定了可见面之后需要裁剪操作，是由于显 示系统不可能一次看到整个世界。在投影平面上加一个裁 剪窗口 ，如果对象的投影在裁剪窗口之内，则它会出现
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1962年第一台光笔交互式图形显示器在美国麻 省理工学院林肯实验室研制成功，Ivan E. Sutherland在博士论文中首先提出“计算机图 形学”术语。 同年，雷诺汽车公司的工程师 Pierre Bézier 提出Bézier曲线、曲面的理论。
1964年，孔斯(Steve Coons)在麻省理工学院提 出了孔斯曲面。
1.2 计算机图形学的发展
在美国工业界，研制交互式图形显示器的工作也同时开展，其 中所起作用最重要的是IBM公司 。
1964年秋， IBM公司推出了IBM 2250显示器。 洛克希德飞机公司利用IBM 2250施行开发的CADAM绘图加工系
统，成为目前IBM主机上应用最广的CAD/CAM软件。 IBM 2250在 1978年前后改型为IBM 3250，1984年又改型为IBM 5080，采用 光栅扫描技术 。 20世纪60年代末和70年代初，美国Tektronix公司发展了存储管技术。 由于大规模集成电路技术的发展和专用图形处理芯片的出现，光栅扫描 型显示器的质量越来越好，价格越来越低，已成为图形显示器的常规 形式。
计算机图形学的简单介绍
计算机图形学是计算机科学领域中的一个重要而又 年轻的学科，它随着计算机硬件特别是图形显示设 备的发展而逐渐产生发展起来的。计算机图形学主 要是研究图形。它描述的图形通常是由点、线、面、 体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何
属性组成。
计算机图形学中有一整套描述几何元素和色彩的数 据结构和算法模型，如Bresenham画线、画圆算法； 反走样算法；区域填充算法；Bezier曲线、曲面算 法和NURBS曲线、曲面算法；求交算法；消隐算法； 明暗效应；颜色模型；纹理、光线跟踪等。
graphical images with the aid of computer（ IEEE定义）
特点：新兴学科 边缘性学科 与传统理论密切联系
IEEE 协议的概念
IEEE是Institute of Electrical and Electronics Engineers的英文缩写，它的 中文含义是“电器与电子工程师协会”， IEEE是国际工程界非常有名的一个组织。
什么是计算机图形学？ 计算机图形学研究的对象是什么？ 计算机图形学如何发展的？ 计算机图形学应用如何？
1.1 计算机图形学及其相关概念
1、什么是计算机图形学？
计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理 图形的原理、方法和技术的一门学科。
Computer graphics is the art or science of producing
计算机图形学的任务首先要建立被处理图形对象 的数学模型并把该模型参数输入、存贮在计算机 中；然后再根据人们提出的各种要求，对这一模 型进行种种有效的变换和加工处理；最后图形对 象被加工处理后的结果在相应设备上进行显示、 打印，也可以把图形输出为点阵方式描述的图像， 以供图像处理软件进行二次处理。
聊城大学环境与规划学院
肖燕
教学要求
了解图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术； 了解图形学的基本问题，掌握图形学的基本概念、 方法与算法； 对与图形相关的应用及当前的研究热点有一个初 步认识； 具有一定实
教材： 计算机图形学—原理、方法及应用 潘云鹤 等 高等教育出版社
参考书： 1.计算机图形学（第二版） [美]Donald Hearn/M. Pauline Baker著 蔡士杰等 译 电子工业出版社 2002年5月 2.计算机图形学 王汝传 著 人民邮电出版社 2002年7月 3.计算机图形学（第三版） 孙家广 等 清华大学出版社 1999年8月 4.计算机图形学基础教程 孙正兴 周良 郑宏源 著 清华大学出版社 2004年2月
4.计算几何 ：研究几何模型和数据处理的
学科，探讨几何形体的计算机表示、分析
和综合 。
计算机图形
数
计算几何
据
模
型
数 字 图 像
模式识别
图像处理
1.2 计算机图形学的发展
计算机图形学的研究起源于美国麻省理工学院。 1950年，在该校诞生了世界上第一台图形显示 器，作为旋风1号计算机的输出设备。 1959年，美国CALCOMP公司根据打印机原理 研制出世界上第一台滚筒式绘图仪。 20世纪50年代末期，麻省理工学院在旋风1号计 算机上开发了SAGE空中防御系统。
a11 a12 a13 a14 a15
灰度或颜色 信息
图形的表示： 点阵法——图象
a21 a22 a31 a32 a41 a42
a23 a24 a25 a33 a34 a35 a43 a44 a45
5×5图象
参数法——图形 a51 a52 a53 a54 a55
y
x 直线的参数方程：ax+by+c=0
2、计算机图形学研究的对象是什么？
图形：能够在人的视觉系统中形成视觉印象 的客观对象。（广义的概念）
图形的要素
几何要素： 刻画形状的点、线、面、体等几何要素
非几何要素： 反映物体表面属性或材质的明暗、灰度、色彩等
计算机图形学所研究图形的定义：从客观 世界中抽象出来的带有颜色及形状信息的 图和形。
1.2 计算机图形学的发展
Whirlwind 1: early graphics using VectorScope
(1951)旋风1号计算机 输出设备
SketchPad: first interactive graphics (1962)
第一台光笔交互式图形显示器
第一台图形显示器诞生，类似示波器的图形显示设备，用它可以显示简单的图形
0
3、与计算机图形学相关的概念？
1.计算机图形 ：用计算机表示、生成、处理和 显示的对象。由几何数据和几何模型利用计 算机进行存储、显示，并修改、完善后形成。
2.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。
3.模式识别 ：对所输入的图像进行分析和 识别，找出其中蕴涵的内在联系或抽象模 型，如邮政分拣、地形地貌识别等。
课程内容
第1章 计算机图形学基本知识（教材第1章和第 11章）
第2章 基本图形的生成与计算 第3章 图形变换与输出 第4章 图形输入与交互技术 第5章 真实感图形显示（教材第7章） 第6章 基本造型方法（教材第9章和第10章） 第7章 自由曲线曲面（教材第8章）
第一章 基本知识
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